检测碟架的X轴的热电偶传感器输出电压Vxl、V"和y轴的热电偶传感器输 出电压Vyl，Vk。
[0081] S4-2, X 轴方向偏差为 ex= Vxl-Vxr (6)，
[0082] y 轴方向偏差为 ey= V yl_Vyr (7)。
[0083] S4-3,把两个偏差进行非线性变换，变成对数域Igex= IgV xl_lgV" (8)，
[0084] Igey= IgVyl-IgVyr (9) 〇
[0085] S4-4,然后再根据PI算法，设计闭环控制系统的传递函数为：
[0086]
(10)，
[0087] 其中V(t)指水平方向或垂直方向的电压差，KjPK2为调试因子，为自然数。
[0088] S4-5,利用公式（10)控制电机转动，直至太阳光垂直入射碟片，使得聚光斑落在 热电偶传感器阵列中心位置。
[0089] 而当太阳光以Θ角入射碟片时，当Θ = 〇时，太阳光垂直入射碟片，则太阳光线 集中到碟片焦点，即热电偶传感器阵列中心位置。这时，垂直方向与水平方向热电偶传感器 各自之差为零，无需调整。
[0090] 当Θ辛〇时，太阳光线的聚焦点偏离热电偶传感器阵列中心位置，随之在水平以 及垂直方向产生传感器电压差，需采用PI算法使焦点移动到中心位置。如图8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，再辅以算法层面的超负荷限位，双重保障电 机安全。
[0091] 运用此方法缩短了控制算法收敛时间，能快速计算出碟架的X轴和y轴需调整的 角度，从而达到让太阳光垂直入射碟片的目的。
[0092] S5,当系统运行在步骤S4时，系统实时监测聚光斑是否落在热电偶传感器阵列内 和日射强度是否低于闭环跟踪门限值，当检测到聚光斑落在热电偶传感器阵列外或日射强 度低于闭环跟踪门限值时，系统转入步骤S3开环算法进行控制，直到聚光斑落到热电偶传 感器阵列内且日射强度值大于闭环跟踪门限值时，再切换到步骤S4。
[0093] 待系统进入闭环算法进行跟踪时，若遇突发情况如外部光源干扰，大气层折射率 剧烈变化，阴雨天气使聚光斑落在热电偶传感器阵列圆周以外或日射强度传感器小于闭环 跟踪阈值时，切换到开环算法进行跟踪。待聚光斑重新落到热电偶圆周里，再切换到闭环算 法。
[0094] 本实施例中，热电偶传感器比现有的四象限光传感器或其他类型传感器可靠性 高，抗干扰能力强，成本低。而且采用热电偶传感器实现聚光板对焦到碟式太阳能发电系统 的发动机气筒中心位置，并且配合完善的控制逻辑，与开环控制进行无缝切换，实现了太阳 跟踪全自动化。
[0095] PI算法采用非线性控制算法，能在短时间内指定电机迅速、稳定地、准确的转动到 指定方位，通过对开环跟踪控制和闭环跟踪控制的相互切换，使得该碟式太阳能发电系统 始终处于对太阳能的最佳接收方位，提高了太阳能的接收率。
[0096] 本专利描述的PI算法是基于对数域的控制算法，并采用了前置滤波器，消除了拉 氏变换中的零点，对微小误差灵敏度高，抑制了控制算法的阶跃震荡，保护了电机的过载运 转。并加入了限位器，防止电机转动超出安全范围，损坏电机。在实际工程应用中具有很高 的可靠性。因热电偶传感器阵列采集的数据幅度都非常微小，所以算出的输入误差非常微 小，所以此PI控制算法着重对微小输入误差时的快速控制。
[0097] 在本说明书的描述中，参考术语"一个实施例"、"一些实施例"、"示例"、"具体示 例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不 一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何 的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0098] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不 脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本 发明的范围由权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1. 一种用于碟式太阳能发电系统的追日控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 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； 52, 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 ; 53, 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9xaW及太阳俯仰角9ya，检测当前该太阳能发电系统的电机方位角9 x。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； 54, 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Vyl，Vy,;通过PI算法控制碟架转动，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； 55, 当系统运行在步骤S4时，系统实时监测聚光斑是否落在热电偶传感器阵列内和日 射强度是否低于闭环跟踪门限值，当检测到聚光斑落在热电偶传感器阵列外或日射强度低 于闭环跟踪门限值时，系统转入步骤S3开环算法进行控制，直到聚光斑落到热电偶传感器 阵列内且日射强度值大于闭环跟踪门限值时，再切换到步骤S4。2. 根据权利要求1所述的一种用于碟式太阳能发电系统的追日控制方法，其特征在 于，步骤S3包括以下步骤： 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0xaW及太阳俯仰角0 ya; S3-2,检测当前碟式太阳能发电系统的电机方位角0X。以及电机俯仰角0 y。； S3-3,计算水平方向的角度偏差9x= 0 xa-0 x。 （1)， 计算垂直方向的角度偏差9y=Qya_Qy。 (2)； S3-4,将公式（1)、（2)进行非线性变换，变成对数域lg0x=lg0xa_lg0xc ⑶， lg9y=lg9y￡rlg9yc ⑷； 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：其中0i(t)指由传感器测得的当前角度，ejt)指天文算法算出来的角度，S是拉氏 变换代表式，I、1(2和K3为调试因子，且均为1到100之间的自然数； 53- 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。3. 根据权利要求1所述的一种用于碟式太阳能发电系统的追日控制方法，其特征在 于，步骤S4包括以下步骤： 54- 1，检测碟架的x轴的热电偶传感器输出电压Vxl、V"和y轴的热电偶传感器输出电 压Vyl，Vyr; S4-2,X轴方向偏差为ex=VXl-V" (6)， y轴方向偏差为ey=Vyl-Vyr (7)； S4-3,把两个偏差进行非线性变换，变成对数域lgex=lgVxl-lg (8)， lgey=lgVyl-lgVyr (9)； S4-4,然后再根据PI算法，设计闭环控制系统的传递函数为：其中V(t)指水平方向或垂直方向的电压差，&和K2为调试因子，且均为1到100之间 的自然数； S4-5,利用公式（10)控制电机转动，直至太阳光垂直入射碟片，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中心位置。
【专利摘要】本发明提出了一种用于碟式太阳能发电系统的追日控制方法，采用PI算法对太阳能发电系统进行开环跟踪控制和进行闭环跟踪控制，并实时检测日射强度是否超过设定的门限值，来进行开环跟踪控制和进行闭环跟踪控制的相互切换。该方法计算精度高，能在短时间内迅速使机械装置转动到指定方位点，提升太阳能的接收率。
【IPC分类】G05D3/10, G05D3/12, G05B11/42
【公开号】CN104914880
【申请号】CN201510266403
【发明人】李明, 徐鹏, 张智博
【申请人】张智博, 李明, 徐鹏
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月21日