混合式单轴太阳自动跟踪系统的建模仿真与设计

发布时间：2021-11-18 07:56

　　太阳能作为一种新兴的绿色清洁能源，具有清洁型、无害性及普遍性等优点，但却存在光照强度分散、强烈的非线性以及不易储存等缺点，因此，最大限度的提高太阳能利用率已成为当前国内外应用研究的热点。本文针对太阳能应用中利用率较低的热点问题，设计了一种高精度的太阳自动跟踪系统。该系统可最大限度的吸收太阳能，解决了太阳能在实际应用中利用率不高的问题。本论文的研究工作主要包括以下几个方面：首先，分析了当前太阳自动跟踪系统的国内外研究现状，选取了视日运动轨迹式跟踪与光电式跟踪相结合的混合式跟踪方式、南北水平放置东西跟踪的轴向方式作为本系统的控制方式，采用高效的无刷直流电机（BLDC）作为本系统的驱动电机，选取了精确度较高的跟踪算法作为项目的跟踪算法。其次，分析了驱动系统无刷直流电机的控制原理，在matlab/simulink中建立了无刷直流电机的本体数学模型及双闭环控制系统数学模型，对太阳自动跟踪系统的控制部分（主控系统及从控系统）进行数学建模以验证跟踪系统的运行性能。再次，将飞思卡尔DSP作为主控芯片，完成了电压转换模块、DSP控制模块、通信模块、传感器采集模块以及功率开关驱动模块等硬件电路原理设计；设... 

【文章来源】：华侨大学福建省

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的背景
    1.2 课题研究的意义
    1.3 国内外研究动态
        1.3.1 国内研究动态
        1.3.2 国外研究动态
    1.4 论文的主要研究内容及章节安排
        1.4.1 论文主要研究内容
        1.4.2 论文章节安排
第2章 太阳自动跟踪系统工作方式的选择
    2.1 太阳自动跟踪系统控制方式的选择
    2.2 太阳自动跟踪系统轴向方式的选择
    2.3 太阳自动跟踪系统驱动电机的选择
    2.4 本章小结
第3章 视日运动轨迹式跟踪算法
    3.1 视日运动轨迹式跟踪的理论背景
    3.2 太阳位置的确定算法
    3.3 影响太阳位置的参数计算
        3.3.1 时差 Eq 的计算
        3.3.2 太阳赤纬角δ的计算及仿真
        3.3.3 真太阳时角τ的计算及仿真
    3.4 太阳自动跟踪系统中偏移角的计算
    3.5 本章小结
第4章 太阳自动跟踪系统的建模
    4.1 太阳自动跟踪系统的总体方案
        4.1.1 机械部分
        4.1.2 控制部分
        4.1.3 人机交互界面
    4.2 无刷直流电机的控制系统建模
        4.2.1 无刷直流电机的基本原理
        4.2.2 无刷直流电机的控制
        4.2.3 无刷直流电机的数学模型
        4.2.4 无刷直流电机的建模
    4.3 控制部分主控系统的建模
        4.3.1 工作时间计算模块
        4.3.2 运行模式选择模块
    4.4 控制部分从控系统的建模
        4.4.1 偏移角计算模块
        4.4.2 极限位验证模块
        4.4.3 光电传感器信号处理模块
        4.4.4 电机驱动信号转化模块
    4.5 本章小结
第5章 太阳自动跟踪系统的设计
    5.1 控制部分硬件设计
        5.1.1 控制部分 DSP 的选型
        5.1.2 控制部分硬件组成结构
        5.1.3 电压转换电路
        5.1.4 DSP 控制模块
        5.1.5 通信模块
        5.1.6 传感器采集电路
        5.1.7 功率开关驱动模块
    5.2 控制部分软件程序设计
    5.3 人机交互界面设计
    5.4 本章小结
第6章 仿真及实验分析
    6.1 无刷直流电机控制系统仿真及分析
        6.1.1 仿真结果
        6.1.2 仿真分析
    6.2 无刷直流电机控制系统实验及分析
        6.2.1 实验结果
        6.2.2 实验分析
    6.3 太阳自动跟踪系统仿真及分析
        6.3.1 连续测试对比分析
        6.3.2 单点测试对比分析
    6.4 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 工作展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]关于不同单轴跟踪方式的对比分析[J]. 余雷,王军,王新,张耀明.  太阳能学报. 2011(03)
[2]用于碟式太阳能聚能器的太阳自动跟踪系统研制[J]. 尤力,周建江.  信息化研究. 2011(01)
[3]太阳能光伏发电二轴跟踪机构的研究现状及发展趋势[J]. 陈建彬,沈惠平,丁磊,危凤江.  机械设计与制造. 2010(08)
[4]步进式双轴太阳跟踪运动控制方法的研究[J]. 李鹏,杨培环,廖锦城,吴贺利,翟鹏程,张清杰.  机械制造. 2009(12)
[5]全自动太阳跟踪器的研制和应用[J]. 吕文华,贺晓雷,于贺军,李建英.  光学精密工程. 2008(12)
[6]太阳能光伏发电自动跟踪系统[J]. 郭忠文.  太阳能. 2008(06)
[7]混合双轴太阳自动跟踪装置的研究[J]. 王尚文,高伟,黄树红.  可再生能源. 2007(06)
[8]主动式双轴太阳跟踪控制器[J]. 刘四洋,伍春生,彭燕昌,许洪华.  可再生能源. 2007(06)
[9]跟踪式光伏发电系统研究[J]. 窦伟,许洪华,李晶.  太阳能学报. 2007(02)
[10]气象用太阳赤纬和时差计算方法研究[J]. 于贺军.  气象水文海洋仪器. 2006(03)

博士论文
[1]光伏跟踪系统智能控制方法的研究[D]. 徐晓冰.合肥工业大学 2010

硕士论文
[1]基于视日运动轨迹的双轴太阳跟踪系统的研究[D]. 曾利霞.湖北工业大学 2012
[2]光伏系统中的高精度太阳跟踪方法研究[D]. 路博.河南师范大学 2012
[3]光伏并网发电中太阳跟踪系统的设计[D]. 王雪莲.大连理工大学 2011
[4]主动式太阳跟踪及驱动系统研究与设计[D]. 任松林.重庆大学 2008
[5]双轴跟踪碟式太阳能集热器的研究[D]. 王尚文.华中科技大学 2007
[6]光伏发电自动跟踪系统[D]. 张嘉英.内蒙古工业大学 2006
[7]太阳集热器热性能测试系统的研发[D]. 段瑞芳.华中科技大学 2006



本文编号：3502513