面向定日镜姿态定位的视觉反馈神经网络检测方法

摘要

在社会发展中，太阳能作为一种永久性清洁能源而受到广泛关注，其中如何提高太阳能的利用效率逐渐成为当下研究的重点。塔式定日镜集热发电由于自身具有能够建立大型并网发电系统和高储热性能等独特的优势，逐渐成为太阳能光热利用的研究热点。本文中对塔式集热发电中定日镜存在的校正问题展开研究，主要涉及对定日镜姿态进行建模以及对定日镜姿态的有效校正问题。主要研究内容和贡献如下：　　第一部分：提出一种基于球面坐标系对定日镜姿态进行建模的方法，该方法使用球面正弦和余弦定律求解出定日镜姿态角度。此外，针对现存在的基于反射光斑中心点的偏差校正方法不能完整利用反射光斑信息的情况，提出一种基于反射光斑形状来校正定日镜姿态的策略。　　第二部分：针对提出的基于定日镜反射光斑形状确定定日镜姿态这一策略，对定日镜反射光斑图像进行采集并使用图像处理方法获得反射光斑的特征信息，并结合BP神经网络算法挖掘出光斑特征与定日镜姿态之间的隐藏函数关系。首先，运用一种基于简单的图像几何不变矩方法进行目标图像识别；其次，分析太阳反射光斑的形状提出使用最小二乘法对太阳光斑进行椭圆曲线拟合，以拟合椭圆的五大基本特征作为定日镜反射光斑特征；最后，基于BP神经网络算法对定日镜反射光斑特征和对应的定日镜姿态角进行理论分析，同时涉及训练BP神经网络以及隐函层个数等重要参数的选定。　　第三部分：针对提出的基于定日镜反射光斑形状来校正定日镜姿态策略，本文以一种小双轴实验平台和CCD摄像机为物理实验平台，对该策略的有效性进行验证。以定日镜反射光斑特征数据作为训练BP神经网络的输入值，对应的定日镜实际姿态角度作为训练BP神经网络输出值，得出符合要求的神经网络阈值矩阵和阈值参数，并验证该 BP神经网络效果。同时对比本文提出的策略与传统的基于反射光斑中心偏差的方案，验证本文提出策略的有效性与优越性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景

1.2太阳能发电及其发展情况

1.3定日镜姿态角检测研究概况以及本文提出的研究方法

1.4主要研究内容及论文结构

第2章 太阳位置矢量计算

2.1引言

2.2太阳方位的计算

2.3本章小结

第3章 “点对点”定日镜姿态角建模及“面对面”精确调整方案

3.1引言

3.2追踪太阳方式

3.3定日镜姿态角机理模型

3.4 “面对面”定日镜姿态角精确校正方案

3.5本章小结

第4章 基于图像处理和神经网络的定日镜姿态精确调整方法

4.1引言

4.2定日镜反射光斑定位

4.3反射光斑特征提取

4.4基于L-M算法优化的BP神经网络

4.5本章小结

第5章 实验验证

5.1引言

5.2定日镜运动规律仿真实验

5.3基于小双轴跟踪控制器实验以及误差分析

5.4综合实验

5.5本章小结

第6章 总结和展望

6.1总结

6.2研究展望

致谢

参考文献

附录