发电装置的太阳跟踪控制系统，包括主控制器、RTC模块、GPS模块、传感 器模块、模数转换模块、网关、电机以及驱动器模块。
[0051] 所述GPS模块、传感器模块、模数转换模块输出端均连接至所述主控制器输入端， 所述RTC模块与所述主控制器双向连接，所述主控制器通过网关与N个驱动器模块双向连 接，N为正整数，网关采用CAN-RS232型网关，该网关可同时外接100个驱动器。
[0052] 所述传感器模块包括环境传感器、热电偶传感器和霍尔传感器，所述环境传感器 输出端连接主控制器的输入端，所述霍尔传感器输出端连接驱动器模块，所述驱动器模块 输出端连接所述电机，电机包括水平轴电机和俯仰轴电机。
[0053] 环境传感器包括日照强度传感器、风速传感器、雨量传感器、角度传感器和旋转变 压器。日照强度传感器模块实时测量当前时刻的太阳光照强度，以便在日照强度不足时使 该控制系统自动进入待机或休眠状态；风速传感器模块实时测量当前时刻的风速大小，雨 量传感器模块实时测量当前时刻的雨量大小，以便使该控制系统在风暴条件下自动进入风 暴保护状态；旋转变压器具有耐高温，严寒，潮湿等优点，更适合用于严酷的环境中，主要 将其应用于倾角传感器无法工作的水平轴开环控制过程中的旋转角度跟踪。倾角传感器精 度高，价格便宜，用于开环控制过程中的俯仰轴旋转角度跟踪。
[0054] GPS模块用来接收本地精确经炜度信息以及时钟信息，校正系统中单个或多个 RTC模块，来使整个系统时钟同步。主控制器读取GPS模块数据，对RTC模块进行校正，用以 计算太阳当前方位，使太阳能发电装置主光轴对准太阳方位；驱动器模块根据霍尔传感器 输入的信息对太阳能发电装置的两轴进行机械调零；模数转换模块将热电偶传感器所采集 的数据转换为数字信号给到主控制器，主控制器根据热电偶传感器输出电压的大小，计算 得到碟架主光轴与太阳真实方位角偏差，并控制电机对此偏差进行修正；主控制器通过网 关对多台太阳能跟踪装置进行控制。
[0055] 所述热电偶传感器圆周等分地排列于太阳能发电装置的发动机气筒壁上，当系统 处于闭环状态时，每次系统开环调整完毕，采样热电偶输出模拟电压值，转换为与当前真是 方位角的偏移量，实现闭环自反馈控制，消除机械误差，使碟架主光轴正对太阳。
[0056] 选用TTL数字量输出霍尔传感器，当碟架转动到目标位置前，霍尔传感器输出低 电平，当碟架接近目标位置时，会使霍尔传感器的磁场强度增强，当磁场强度大于预先设定 的阈值时，霍尔传感器输出高电平，这样就产生了一个输出电平的上升沿跳变。
[0057] 霍尔传感器的输出与驱动器的传感器输入端口相连，驱动器采用ΠΜ242ΧΧ微型 一体化步进电机控制驱动器，其提供了三个传感器输入口，能接收（0-5V) TTL数字量输入， 三个输入口恰好可与安装在碟架两轴机械零点位置和极限位置的三个霍尔传感器相连。驱 动器的传感器控制模块能预先配置驱动器MCU中的传感器控制寄存器。当传感器输入口检 测到由霍尔传感器输入的电平发生上升沿跳变时，驱动器控制电机作出已预先配置好的动 作。在机械调零中，我们仅需在电平发生跳变时电机作出反转或紧急停止动作。
[0058] 在每一轴的零点位置即水平角180°，俯仰角0°位置和两个极限位置即水平角 45°和315°，俯仰角的-20°和90°位置分别放置一个霍尔传感器开关，当装置运行到开 关位置时，开关发出上升沿信号，驱动器控制电机做出相应动作。在系统机械调零过程中， 当运行到两个极限位置时，电机向相反方向运转，当运行到零点位置时，电机停止运转，这 样就实现了两轴的机械调零。
[0059] 该控制系统工作时，主控制器开启并读取GPS模块数据，对RTC模块进行校正，校 正完毕后GPS模块关闭。然后主控制器通过网关控制驱动器驱使电机对多台太阳能发电装 置的两轴机械调零。调零后，该控制系统进行开环跟踪，即主控制器读取RTC模块数据，计 算太阳当前方位，并控制水平轴电机和俯仰轴电机使装置主光轴对准太阳方位。开环跟踪 结束后，再进行闭环跟踪，即主控制器通过数模转换模块读取热电偶传感器数据，对热电偶 传感器输出电压模拟量采样，主控制器根据热电偶传感器输出电压的大小，计算得到碟架 主光轴与太阳真实方位角偏差，并控制电机对此偏差进行修正，然后该控制系统进行工作。 工作中，主控制器时刻读取雨量传感器、风速传感器数据和光照强度传感器的数据，当这三 个数据中的任何一个数据不符合正常工作时阈值时，该控制系统进入风暴停止状态或休眠 状态。
[0060] 如图1所示，本发明提供了一种用于碟式太阳能发电系统的追日控制方法，包括 以下步骤：
[0061] S1，在所述太阳能发电系统的发电机气筒壁上等分地排列热电偶传感器，形成热 电偶传感器阵列，如图1所示：
[0062] 当太阳光垂直射入碟片时，太阳光线的聚焦点位于热电偶传感器阵列中心位置 时，如图3和图5所示，为碟架的最佳角度，是太阳能收集率最高的角度。而当太阳光以Θ 角入射碟片时，太阳光线的聚焦点偏离于热电偶传感器阵列中心位置时，如图4和图6所 示，，随之在水平以及垂直方向产生传感器电压差，这时就需要对碟架进行调整。
[0063] S2,判断该太阳能发电系统所处的当前时间为夜晚还是白天；如为夜晚，该碟式太 阳能发电系统直接进入风暴生存模式，停止对太阳的追踪；如为白天，则进行步骤S3。
[0064] S3,对该太阳能发电系统进行开环跟踪控制，通过天文算法计算当前时刻的太阳 水平方位角ΘΜ以及太阳俯仰角Θ ya，检测当前该太阳能发电系统的电机方位角θχ。以及 电机俯仰角9y。，采用PI算法控制碟架运转到目标位置，使得该碟式太阳能发电系统的聚 光斑落入热电偶传感器阵列内。
[0065] 具体分为以下几个步骤，如图7-8所示：
[0066] S3-1，从实时时钟模块配合GPS校正模块得到当前时间，根据当地经度，炜度，时 区，海拔，坡度，旋转坡度，大气压，温度，大气层折射率，采用天文算法得到当前时间的太阳 方位角Θ xa以及太阳俯仰角Θ ya。
[0067] S3-2,检测当前碟式太阳能发电系统的电机方位角θχ。以及电机俯仰角Θ y。。
[0068] S3-3,计算水平方向的角度偏差θχ= Θ xa-0xc (1)，
[0069] 计算垂直方向的角度偏差0y= Θ ya-0y。 ⑵。
[0070] S3-4,将公式（1)、（2)进行非线性变换，变成对数域
[0071] Ig θ x= Ig Θ xa-lg Θ xc ⑶，
[0072] Ig Θ y= Ig Θ ya-lg Θ yc (4)。
[0073] S3-5,对公式（3)、（4)进行滤波及限位，设计开环控制系统的传递函数为：
(5)，
[0074] 其中Θ Jt)指由传感器测得的当前角度，Gtl (t)指天文算法算出来的角度，S是 拉氏变换代表式，KpKdP K3为调试因子，且均为1到100之间的自然数，，
是前置 滤波器，消除了传递函数中的闭环零点，改善了动态性能，
是PI控制算法，两者 结合起到消除阶跃的效果，对电机起到保护作用。
[0075] S3-6,利用公式（5)控制电机，从而控制碟架运转到目标位置，使得该碟式太阳能 发电系统的聚光斑落入热电偶传感器阵列内。。
[0076] 当前碟片的方位角以及俯仰角可通过该碟式太阳能发电系统的水平方向的旋转 变压器以及垂直方向的倾角传感器得到的，水平方向的角度偏差以及垂直方向的角度偏 差，配合PI算法，控制水平以及垂直方向的电机转动到指定位置。如图6所示，在控制电机 输出的前端，加上限位算法，防止电机转动超负荷转动，损坏电机。并且电机在硬件上已配 置霍尔传感器防止转动超出极限位置，再辅以该算法的超负荷限位，双重保障电机安全。
[0077] 该方法中对数域非线性表达让算法对微小的误差也能迅速做出反应，并对较大误 差进行大阶梯控制，极大地缩短了控制算法收敛时间。
[0078] S4,对该太阳能发电系统进行闭环跟踪控制，检测碟架的X轴的热电偶传感器输 出电压Vxl、Vx,和y轴的热电偶传感器输出电压V yl，Vy,;通过PI算法控制碟架运转，使太阳 光垂直射入碟片，使得聚光斑落在热电偶传感器阵列中心位置。
[0079] 具体分以下几个步骤，如图9-10所示：
[0080] S4-1，