基于DSP的高精度太阳能跟踪控制器设计与实现

摘要

太阳能作为一种环保，绿色的新能源，目前全世界都在积极对太阳能的开发利用进行广泛研究。在我国，以太阳能为主的新能源的开发利用已成为国家可持续发展战略的重要内容。通过理论分析，可以得到：自动跟踪式太阳能发电装置与定点式太阳能发电装置相比，可以使太阳能的接收率提高35％，目前太阳能利用的转换率仅为10％～20％。鉴于此，本文结合太阳能跟踪控制的基本原理，设计了一种基于DSP的高精度太阳能跟踪控制器。
　　 在分析研究国内外太阳能跟踪控制系统基本原理的基础上，本文设计了一种新型的基于DSP的高精度太阳能跟踪控制器，其具有两个自由度，可以实现对太阳高度角和方位角的跟踪。该跟踪控制器采用DSP作为控制芯片，SPS0606作为光电池传感器，由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置跟踪，使太阳能跟踪装置始终正对着太阳位置。该跟踪控制器可以提高跟踪太阳的精度，还具有较强的抗干扰性和鲁棒性。
　　 本文的主要工作如下：
　　 (1)设计太阳能跟踪控制器机械结构，该结构具有两个自由度，即水平方向转动自由度和竖直方向转动自由度。该机械结构的运动由两个步进电机来驱动，完成对太阳高度角和方向角的跟踪。
　　 (2)设计太阳能跟踪控制系统硬件系统。硬件系统主要包括两个方面：检测电路系统，控制电路系统。检测电路系统主要完成四象限光电池传感器信号的滤波，放大，比较等，把采集的太阳能信号传递给控制电路。控制电路完成对整个系统的控制，其根据DSP计算的控制信号，控制步进电机实现对太阳高度角和方位角的控制。
　　 (3)设计系统软件算法。系统主要的算法包括太阳能跟踪控制器运动控制方程的实现和基于DSP的数字滤波器的设计与实现。太阳能跟踪控制器运动控制方程依照太阳的运行规律来计算太阳的运行轨迹，即太阳视日运动轨迹。基于DSP的数字滤波器的设计是根据DSP芯片的特点，结合MALTAB仿真软件设计出针对采样信号的软件滤波器。
　　 (4)完成太阳能跟踪控制系统的软件设计。以CCS3.3为设计平台，根据各软件功能模块来设计相应的软件。主要的功能模块为：主程序模块，太阳跟踪角度计算模块，信号采集模块，步进电机控制模块以及其它相关的功能模块的设计。
　　 经过实际测试和检验，本文设计的高精度太阳跟踪控制器系统具有结构简单、运行平稳、跟踪精度高、抗干扰性强等特点。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

声明

第一章绪论

1.1引言

1.1.1太阳能利用的背景

1.1.2太阳能跟踪控制器的发展状况

1.2研究的目的和意义

1.3本文主要研究内容

1.3.1机械结构部分

1.3.2硬件控制系统设计

1.3.3软件控制系统设计

1.4本文结构

第2章太阳能跟踪控制器机械结构

2.1概述

2.2太阳能跟踪控制器机械结构

2.2.1水平旋转自由度方向结构

2.2.2竖直旋转自由度方向结构

2.2.3传感器装置

2.3太阳能跟踪控制器机械结构的工作原理

2.4本章小结

第3章 系统硬件设计

3.1概述

3.2检测系统电路设计

3.2.1四象限传感器

3.2.2检测电路设计

3.3控制系统电路设计

3.3.1 DSP的选型

3.3.2电源管理

3.3.3时钟电路

3.4步进电机控制

3.4.1步进电机

3.4.2步进电机驱动器

第4章太阳能跟踪控制器算法设计

4.1概述

4.2太阳能跟踪运动控制

4.3数字滤波器设计

4.3.1数字滤波器的特点

4.2.2 IIR数字滤波器原理

4.2.3 IIR数字滤波器设计

4.2.4 MATLAB仿真设计数字滤波器

4.4 Q格式

第5章系统软件设计

5.1概述

5.2 DSP系统开发嵌入式平台

5.2.1 CCS平台

5.2.2目标文件格式

5.2.3软件开发准备工作

5.2.4集成开发环境下的系统实现

5.3高精度太阳能跟踪控制软件设计

5.3.1控制系统框图

5.3.2系统流程图

5.4时钟芯片ISL1208软件设计

5.4.1时钟芯片

5.4.2时钟芯片实现的I2C协议

5.4.3程序流程

5.5数字滤波器软件实现

第6章实验与分析

6.1概述

6.2太阳能跟踪控制器实验与分析

6.2.1太阳能跟踪控制器

6.2.2调试试验结果

第7章总结与展望

参考文献

在读期间发表论文与科研情况

致谢