专利名称：基于参照镜的日光反射镜闭环控制系统及其方法
技术领域：
本发明涉及太阳光能量收集和利用技术领域，具体涉及一种基于参照镜的日光反 射镜闭环控制的系统和方法。
背景技术：
随着经济和工业发展，对能源的需求越来越多，尤其是电能是工业和人们生活中 不可或缺的能源。传统发电方式，例如，煤炭发电因为对煤矿依赖性太强，而煤炭是不可再 生资源且污染较大，煤炭发电等传统的发电模式已经不能满足工业和经济发展的需要。为 此，清洁、可再生的能源越来越受到人们重视，而在众多清洁能源中，太阳能因其覆盖面广， 即有阳光的地方即可利用、而占有更重要的作用，因而被广泛应用在发电和发热领域中。在 太阳光能量收集和利用系统中，塔式太阳光能量收集器是其中一种重要的方式。塔式太阳光能量收集系统包括放置在高塔(也可称接收塔)上的太阳光能量收集 器、高塔周围地面上铺设数千面以至数万面的平面镜，计算机控制子系统和跟踪传动机构。 这些平面镜称之为日光反射镜。计算机控制子系统控制日光反射镜自动跟踪太阳，并将太 阳的光线反射到位于接收塔顶部的太阳光能量收集器。利用数千面以至数万面的日光反射 镜将太阳辐射能聚焦到置于接收塔顶部的太阳光能量收集器上，使其中的介质沸腾，由此 所产生的蒸汽来驱动汽轮发电机，进而实现发电的功效；或利用沸腾的介质来加热其它工 业原料；或将产生的热量给民用供热。因此，当太阳轨迹随着时间变化时，必须精确控制日 光反射镜的转动角度以跟踪太阳的变化，从而实现对太阳能资源的高效利用。目前塔式太阳光能量收集系统中日光反射镜轨迹的控制方法主要有以下几种第一种是开环控制控制计算机根据当地的地理信息和指定时间计算出太阳的位 置(包括太阳的高度角和方位角)，再计算出将太阳光线始终反射到太阳光能量收集器上， 日光反射镜绕两轴应转动的角度(仰角和方位角)，最后通过驱动机电转动装置实现日光 反射镜对太阳的跟踪。这种方法要求使用高精度和高成本的机电转动装置，并且，没有办法 克服太阳轨迹计算中的建模误差、机电转动装置误差以及其它干扰，因此，对太阳光能量收 集器上光斑分布的控制很难达到最佳。第二种是采用开环控制，定期校正的方法和上述的开环控制一样，也是根据当地 的地理信息和指定的时间计算出太阳的位置，再计算日光反射镜跟踪太阳绕两轴应转动的 角度，最后通过驱动机电转动装置实现日光反射镜对太阳的跟踪。但是，在此种定期校正的 方法中，为了克服开环控制中存在的太阳轨迹计算误差、机电转动装置误差，采用了照相成 像技术，定时对指定的一块日光反射镜进行校正。具体方法是调整需要校正的这块日光反射镜的角度，使其对准照相机，拍下此时 的照片，采用图像设别的方法计算出成像的情况，并对此块日光反射镜进行误差校正。该种 方法需要在塔式太阳光能量收集系统的日光反射镜场增加照相系统，还需要进一步对照相 得到的成像情况进行图像设别，且，一次只能对一块日光反射镜进行校正，对于一个大型的 塔式太阳光能量收集系统，有着成千上万的镜子，因此，存在成本较高，技术复杂的问题。
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第三种是闭环控制的方法，其方案是通过检测日光反射镜在太阳光能量收集器 上光斑的位置和设定的光斑位置之间的偏差，进一步调整日光反射镜的两轴转动角度，直 到日光反射镜在太阳光能量收集器上的光斑位置到达设定要求，这样的控制过程称日光反 射镜的闭环控制。此种方式中闭环控制的方法是日光反射镜控制的发展趋势，但是在目前商业太阳 光能量利用系统中很少使用，原因主要存在以下几点一、因为在太阳光能量收集器上同时有成千上万块日光反射镜的光斑，因此，无法 对单独一面日光反射镜在太阳光能量收集器光斑位置进行测量。二、为了实现闭环控制，需要在每块日光反射镜上通过增加其它复杂的机电装置 或者复杂的光电检测系统来间接测量光斑的位置，必定会增加投资成本和运行成本，影响 太阳光能量的利用效率。因此，现有技术中对日光反射镜的控制方法，主要存在以下的缺陷第一，在开环控制方法中，无法克服建模中以及机电转动装置中对日光反射镜在 太阳光能量收集器上光斑的误差，或者对光斑控制中采用照相技术成本较高且技术复杂；第二，在传统的闭环控制方法中，对太阳光能量收集器上光斑位置检测装置过于 复杂，成本较高。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种基于参照镜的日光反射镜闭环控制的系 统，以解决现有技术中开环控制无法克服建模中以及机电转动装置中对日光反射镜在接收 器上光斑的误差，或者对光斑控制中采用照相技术成本较高且技术复杂，而在闭环控制方 法中对太阳光能量收集器上光板位置检测装置过于复杂有难以实现的技术问题。本发明的另一目的是提供一种基于参照镜的日光反射镜闭环控制的方法，以解决 现有技术中开环控制无法克服建模中以及机电转动装置中对日光反射镜在接收器上光斑 的误差，或者对光斑控制中采用照相技术成本较高且技术复杂，而在闭环控制方法中对太 阳光能量收集器上光斑位置检测装置过于复杂有难以实现的技术问题。为实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案一种基于参照镜的日光反射镜闭环控制系统，包括设置在高塔塔顶的一太阳光 能量收集器和高塔周围地面上铺设的若干日光反射镜、并且，针对每一日光反射镜设置用 于支撑该日光反射镜的支撑机构以及用以驱动该日光反射镜转动的机电转动装置，本系统 还包括若干参照镜，每一参照镜对应一日光反射镜，并且每一参照镜与对应的日光反射镜 设置在地面的同一支撑机构上，该参照镜的法线与该日光反射镜平行；若干光电跟踪器，每 一光电跟踪器对应一参照镜，该些光电跟踪器与该太阳光能量收集器处于同一平面，用以 接收对应参照镜反射的太阳光线；控制计算机子系统，连接该些光电跟踪器和该些机电转 动装置，用于获知参照镜的反射光线在对应光电跟踪器上的成像位置信息，之后控制对应 的机电转动装置的转动来调整对应日光反射镜的方位角和高度角，以使得该日光反射镜反 射的太阳光落在所述太阳光能量收集器上。依照本发明较佳实施例所述的基于参照镜的日光反射镜闭环控制系统，每一光电 跟踪器上设置了多个光敏传感器、该些光敏传感器均勻阵列排布。
依照本发明较佳实施例所述的基于参照镜的日光反射镜闭环控制系统，所述控制 计算机子系统通过检测当前光斑所在位置对应的光敏传感器确定参照镜反射光线的信息。依照本发明较佳实施例所述的基于参照镜的日光反射镜闭环控制系统，所述控制 计算机子系统进一步包括存储器和处理器，存储器进一步包括日光反射镜信息存储单元用于存储每一日光反射镜对应的用于支撑该日光反射 镜的支撑机构信息、用以驱动该日光反射镜转动的机电转动装置信息、与该日光反射镜对 应的参照镜信息和光电跟踪器信息；成像位置信息存储单元，用于存储每一光敏传感器在对应光电跟踪器上的排布信 息；处理器用于获知参照镜的反射光线在对应光电跟踪器上的成像位置信息，后控 制对应的机电转动装置的转动来调整对应日光反射镜的方位角和高度角。依照本发明较佳实施例所述的基于参照镜的日光反射镜闭环控制系统，还包括调整信息存储单元，用于存储参照镜反射的光线在光电跟踪器上成像的位置偏离 其中心点的数值与日光反射镜需要转动位置的对应信息。依照本发明较佳实施例所述的基于参照镜的日光反射镜闭环控制系统，所述控制 计算机子系统还包括定时检测单元，用以定时检测参照镜反射光线在光电跟踪器上的成像信息，并控 制参照镜打开。本发明再提供一种基于参照镜的日光反射镜闭环控制方法，应用在日光反射镜闭 环控制系统中，所述系统包括设置在高塔塔顶的一太阳光能量收集器和高塔周围地面上铺 设的若干日光反射镜、并且，针对每一日光反射镜设置用于支撑该日光反射镜的支撑机构 以及用以驱动该日光反射镜转动的机电转动装置，包括提供若干参照镜，所述参照镜与日 光反射镜一一对应，且该些参照镜分别与对应的日光反射镜的法线平行；提供若干光电跟 踪器和控制计算机子系统，该些光电跟踪器与所述参照镜一一对应，设置在高塔塔顶，光线 接收面与太阳光能量收集器处于同一平面；控制计算机子系统定时或触发检测参照镜反射 的光线在光电跟踪器上的位置；控制计算机子系统根据监测结果控制日光反射镜反射光线 完全位于太阳光能量收集器所需要调整的位置；控制计算机子系统发送命令至对应的机电 转动机构，将日光反射镜和参照镜转动相应角度。依照本发明较佳实施例所述的基于参照镜的日光反射镜闭环控制方法，还包括 控制计算机子系统查找预存的参照镜反射光斑成像位置与机电转动装置转动位置的对应 信息，并控制所述机电转动装置转动对应的角度。依照本发明较佳实施例所述的基于参照镜的日光反射镜闭环控制方法，还包括 控制计算机子系统根据从参照镜反射光斑成像位置通过预设的计算公式计算机电转动装 置需转动的角度，并控制所述机电转动装置转动对应的角度。由于采用了以上的技术方案，使得本发明相比于现有技术具有以下的优点和积极 效果第一，本发明采用与日光反射镜对应的参照镜为参照物，通过参照镜在与太阳光 能量收集器处于同一平面的光电跟踪器跟踪参照镜反射的光线在光电跟踪器上的光斑位 置，判断日光反射镜反射的光线在太阳光能量收集器上的光斑位置，并定时检测光斑偏离程度，以便于及时调整日光反射镜转轴，使得日光反射镜反射的光线始终处于太阳光能量 收集器上，克服了传统的开环控制方法中成本较高，技术复杂的问题；第二，本发明设置与日光反射镜法线平行的小参照镜作为参考，并通过光电跟踪 器检测可模拟日光反射镜反射光线至接收器的参照镜在光电跟踪器上的光斑位置，来检测 日光反射镜相对太阳的高度角和方位角，克服了业界在闭环控制中只能直接检测光斑在接 收器上位置，几乎不能实现的技术偏见；第三，本发明仅仅通过对每个日光反射镜设置对应的参照镜，以及一个太阳光能 量收集器对应一个光电跟踪器，即可实现对日光反射镜的准确检测，并实时调整，无需开环 控制中的照相系统，成本较低，具有很强的实用性。
图1是本发明的闭环控制系统的示意图；图2是本发明的日光反射镜和参照镜一实施例的示意图；图3是本发明的光电跟踪器的一实施例的示意图；图4是本发明中的控制计算机子系统的一实施例的结构框图；图5是本发明中的控制计算机子系统的第二实施例的结构框图；图6是本发明中的控制计算机子系统的第三实施例的结构框图；图7是本发明的日光反射镜和参照镜同一度最佳时反射光线光成像对应示意图；图8是本发明的日光反射镜和参照镜在高度角有误差时成像的对应示意图；图9是本发明的日光反射镜和参照镜在方位角有误差时成像的对应示意图；图10是本发明的日光反射镜和参照镜在高度角和方位角都有误差时成像的对应 示意图；图11是本发明提供的一种基于参照镜的日光反射镜闭环控制方法的流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于 这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方 案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细 节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。本发明的核心思想在于给每个日光反射镜设置一个对应的参照镜，而给日光反 射镜对应的太阳光能量收集器，设置与参照镜一一对应的光电跟踪器，光电跟踪器检测参 照镜反射的太阳光线在光电跟踪器上光斑的位置和偏移情况，控制计算机子系统根据日光 反射镜和参照镜之间的对应关系，相应调整日光反射镜的角度，从而实现日光反射镜反射 的光线总是位于太阳光能量收集器。以下结合附图，对本发明的较佳实施例，做进一步详细叙述。实施例一请参考图1，为本发明基于参照镜的日光反射镜闭环控制系统的示意图，其包括， 控制计算机子系统6、设置在高塔塔顶的用来接收光线的太阳光能量收集器3、与太阳光能 量收集器3对应的光电跟踪器4和设置在地面的用来反射太阳光线的日光反射镜1、与日光反射镜1 一一对应的参照镜2、用于支撑日光反射镜的支撑机构5、以及在控制计算机子系 统6的控制下驱动日光反射镜1转动对应角度的机电转动装置(图中未绘示)。为进一步理解本发明，以下对本发明中的几个重要组成部分做进一步详细叙述.请参考图2，为本发明中的日光反射镜1和参照镜2的示意图，日光反射镜1为普 通的日光反射镜，而参照镜2为面积比日光反射镜1小很多的镜子，日光反射镜1和参照镜 2—一对应安装在支撑机构5上，可以机电转动装置(例如步进电机与转轴组合)的控制下 调整其方位角和高度角。日光反射镜1用来将太阳光线反射到太阳光能量收集器3上，而 参照镜2则将太阳光线反射到光电跟踪器4上。在安装时，需要将日光反射镜1和参照镜2安装在同一支撑机构5，调节两者位置， 最佳的状态是调整至两者的法线完全平行，即参照镜2和日光反射镜1的高度角和方位角 完全相同，当达到此状态时，日光反射镜1和参照镜2对太阳的反射光线成像恰好在太阳光 能量收集器3和光电跟踪器4的中心位置。但是实际上，在安装时很难将两者的同一度达到最佳，因此需要对两者相对位置 不断微调，为此参照镜2上设置了螺丝21和螺丝22，结合起来调整参照镜2的方位角和高 度角。而且，在出厂时，需要对参照镜2和日光反射镜1进行标识和校正，并将两者的对应 特征数据保存在控制计算机子系统6中。请参考图3，是本发明中的光电跟踪器的一种实施例的示意图，光电跟踪器4上阵 列式均勻设置了多个光敏传感器41，可以检测光线在光电跟踪器4上的成像情况，光敏传 感器41在光电跟踪器4的平板上间隔均勻，且最佳实施方式是行列排布，以实现对在其上 光斑的无遗漏接收。光敏传感器41连接到控制计算机子系统6，可以将检测到的光成像信 息实时传输到控制计算机6。例如，可以在光电跟踪器4上建立数字坐标系，不同的光敏传 感器41对应不同的坐标，当光斑落在相应的光敏传感器41上，即可得知此时成像的位置坐 标。光电跟踪器4与太阳光能量收集器3对应设置在高塔塔顶上，理想情况是与太阳 光能量收集器3处于同一平面，光电跟踪器3用以接收参照镜2反射的光线，并将参照镜反 射光线在光电跟踪器上的位置信息传输至所述控制计算机子系统；当太阳光能量收集器3 和光电跟踪器4位于同一平面时，参照镜2反射的光斑在光电跟踪器4上的成像位置，即反 映了日光反射镜1反射的光斑在太阳光能量收集器3上的成像位置。请参考图4，控制计算机子系统6作为系统的控制核心，主要包括存储器61和处理 器62，其中存储器61进一步包括日光反射镜信息存储单元611 用于存储每一日光反射镜1对应的用于支撑该日 光反射镜1的支撑机构信息、用以驱动该日光反射镜1转动的机电转动装置信息、与该日光 反射镜对应的参照镜2信息和光电跟踪器4信息。例如编号为某一数值的日光反射镜对应 的参照镜的编号、对应的支撑机构的编号、对应的太阳光能量收集器的编号等等。成像位置信息存储单元612，用于存储每一光敏传感器41在对应光电跟踪器4上 的排布信息。例如建立坐标系，每个光敏传感器41对应光电跟踪器4上的一个坐标点，这 样，当光斑落在一个光敏传感器41上时，即得知其坐标值。调整信息存储单元613，用于存储参照镜2反射的光线在光电跟踪器4上成像的位 置偏离其中心点的数值与其对应的日光反射镜1需要转动位置的对应信息，例如，当参照
8镜反射的光线在光电跟踪器4上的位置在高度角方向偏离其中心点+ey时(规定偏离中心 点上方为正，下方为负)，调整机电转动装置对应的数值为Y。而且同时以列表方式存储多 组对应数值，在需要时，只需要去查询相对应的数值列表即可。处理器62 用于获知参照镜2的反射光线在对应光电跟踪器4上的成像位置信 息，后控制对应的机电转动装置的转动来调整对应日光反射镜1的方位角和高度角。本实施例中还可以包括定时检测单元63，用以定时检测参照镜2反射光线在光电 跟踪器4上的成像信息，并控制参照镜2打开。定时检测单元63可以是软件、也可以是硬 件的定时器，或者外置连接到控制计算机子系统的定时器。与处理器62配合，固定时间控 制参照镜2打开，而在一次检测完毕后，即将参照镜2关闭。当然，也可以不采用定时检测的方式，而使用触发控制的方式，只在需要时，启动 开关等，打开参照镜，进行检测，而在不需要检测时，关闭参照镜。以下说明本实施例的应用原理，定时检测单元63，以固定时间间隔(例如10分 钟)定时将参照镜2打开，参照镜2将太阳光线反射至光电跟踪器4上的某一光敏传感器 41，此时，控制计算机子系统将坐标信息存储到成像位置信息存储单元612中，此时，处理 器62根据开始根据日光反射镜信息存储单元611查询到此参照镜2对应的日光反射镜1， 然后查询调整信息存储单元613中存储的对应数值，然后发出控制命令给机电转动装置， 控制在支撑机构5上的转轴转动一定的角度，从而调整日光反射镜的高度角和方位角。之 后，关闭参照镜，等待下一个工作周期来临。实施例二请参考图5，本发明的控制计算机子系统6的第二实施例的框图，与实施例一的 区别在于，在控制计算机子系统中，未设置调整信息存储单元，而是在其中预存有的计算公 式，可以根据参照镜2的成像信息位置坐标数值后，即可通过预先存储的计算公式进行计 算，得出机电转动装置需要转动的位置信息，然后，发出控制命令给机电转动装置，支撑机 构5上的转轴即转动相应的位置。实施例三请参考图6，是本发明的控制计算机子系统的第三实施例的框图，在本实施例中增 加了误差补偿参数单元614。由于，前面的实施例是针对参照镜2和日光反射镜1的同一度非常好，即如图7所 示的理想情况，参照镜2和日光反射镜1的同一度最佳，具有完全相同的高度角和方位角， 则日光反射镜1和参照镜2反射的太阳光线分别成像与太阳光能量收集器3和光电跟踪器 4的中心位置，此时，参照镜2反射的光线成像完全反应了日光反射镜1反射的光线，调整参 照镜2的角度也同时完整反应了日光反射镜1需要调整的角度。但是事实上，很难做到这种同一度非常好的情况，在参照镜的制造，安装过程，或 者随着时间变化都会出现误差，例如以下几种情况1，参照镜和日光反射镜的高度角有误差的情况，如图8所示，当日光反射镜2的成 像光斑B恰好位于太阳光能量收集器3的中心时，参照镜2的成像光斑在光电跟踪器4的 位置偏离光电跟踪器4的中心线士 △ ey表示高度角偏离上方或下方，此时，需要校验高度 角的偏移量士 A ey产生的误差，在控制计算机子系统中储存补偿此误差时，需要在转动角 度上的我调整量，并存储在误差补偿参数单元613中。
2、参照镜和日光反射镜在方位角上有误差时，如图9所示，由于日光反射镜1和参 照镜2方位角有误差，当日光反射镜1成像在太阳光能量收集器2的中心位置B时，参照镜 2的成像左偏或者右偏离中心位置用A ex表示，子镜的成像将偏离中心点用士八^来表示。 因此进行校验时，记录其偏差大小，将需要补偿的数值储存在误差补偿参数单元614中。3、当高度角和方位角都存在误差时由于日光反射镜1和参照镜2高度角和方位角有误差，当日光反射镜(母镜子) 成像在吸热器中心位置B时，参照镜(子镜子)的成像左偏或者右偏离中心位置用八 表 示，参照镜2的成像将偏离光电跟踪器4的中心点用士 A ex来表示；参照镜2的成像上偏 或者下偏离光电跟踪器4中心位置用A ey表示，参照镜2的成像将偏离光电跟踪器4的中 心点用士 A ey来表示。因此必须校正参照镜2和日光反射镜1的同一度。当物理可实现调整时，即在图2中参照镜2上的螺丝21和螺丝22来调整，而使得
成像误差Ae, <^Lx,Aey <^Ly (Lx、Ly分别表示光电跟踪器的长度和宽度)。而当物理调整无法奏效时，则需要对误差进行补偿，而补偿的参数，则保存在控制 计算机子系统的误差补偿参数单元614中。那么此时，在控制计算机子系统6的存储器61中，设置了误差补偿参数单元614， 其中存储了当日光反射镜的反射光线在太阳光能量收集器的中心，而参照镜的反射光线不 在光电跟踪器中心位置，需要对此种情况产生的误差进行补偿的参数信息。在使用过程中，处理器先检测此时的光成像信息后，调用调整信息存储单元613 的信息后，再采用误差补偿参数单元中的参数信息进行相应补偿，调整机电转动装置需要 调整的角度和/或位置信息。请参考图11，本发明另提供一种基于上述系统的闭环控制方法，应用在日光反射 镜闭环控制系统中，所述系统包括设置在高塔塔顶的一太阳光能量收集器和高塔周围地面 上铺设的若干日光反射镜、并且，针对每一日光反射镜设置用于支撑该日光反射镜的支撑 机构以及用以驱动该日光反射镜转动的机电转动装置，包括以下的步骤S1101 提供若干参照镜；所述参照镜与日光反射镜一一对应，并且调整参照镜的平面和对应的日光反射镜 的法线平行。S1102 提供若干光电跟踪器和控制计算机子系统；光电跟踪器与所述参照镜一一对应，设置在高塔塔顶，光线接收面与太阳光能量 收集器处于同一平面；同时将参照镜、中线接收器以及光电跟踪器之间的对应关系，存储的控制计算机 子系统的存储器中。S1103:控制计算机子系统定时或触发检测参照镜反射的光线在光电跟踪器上的 位置；S1104:控制计算机子系统根据监测结果控制日光反射镜反射光线完全位于太阳 光能量收集器所需要调整的位置；本过程可以由以下两种方式实现，第一，控制计算机子系统查找预存的参照镜反射光斑成像位置与机电转动装置转动位置的对应信息，并控制所述机电转动装置转动对应的角度，或者第二，控制计算机子系统根据从参照镜反射光斑成像位置通过预设的计算公式计 算机电转动装置需转动的角度，并控制所述机电转动装置转动对应的角度。S1105 控制计算机子系统发送命令至对应的机电转动机构，将日光反射镜和参照 镜转动相应角度。应用例一以下介绍一种采用本发明的系统和方法的一种日光反射镜闭环控制应用。根据时间(包括年、月、日、时、分、秒)和根据地理位置(包括纬度和经度)计算 出太阳当前时刻的高度角、为50. 11度和方位角a为-14. 34度，此时规定太阳在正南时 为零度，偏西为负；设置太阳光能量收集器中心位置离地面40米，日光反射镜的所在位置为离开太 阳光能量收集器的中心位置10米的正北面，日光反射镜中心安装位置离地面1. 5米，计算 出此时的日光反射镜的高度角e (k)为62. 82度和方位角树幻为-10. 15度，此时机电转动 装置(例如步进电机)，将日光反射镜转动到相应的角度。根据上述计算结果发出控制命令等待日光反射镜动作结束，读取参照镜在光电跟 踪器上成像的情况是否满足要求，即日光反射镜的反射光线在太阳光能量收集器上。若是 则等待第一个检测周期到来，若不是，则继续调整。在初始化完成后10分钟，进行第一次检测，此时发现参照镜在光电跟踪器上的成 像在高度上偏离中心为-5cm，则控制计算机在其数据库内查找偏移量为-5cm时，其对应的 高度角应调整的角度值。驱动机电转动装置，使得日光反射镜和参照镜绕转轴转动相应角度。然后，将参照镜遮盖，等待下一个检测周期到来。综上所述，本发明相比于现有技术具有以下的优点和积极效果第一，本发明采用与日光反射镜对应的参照镜为参照物，通过参照镜在与接收器 处于同一平面的光电跟踪器跟踪参照镜反射的光线在光电跟踪器上的光斑位置，判断日光 反射镜反射的光线在接收器上的光斑位置，并定时检测光斑偏离程度，以便于及时调整日 光反射镜转轴，使得日光反射镜反射的光线始终处于光电接收器上，克服了传统的开环控 制方法中成本较高，技术复杂的问题；第二，本发明设置于日光反射镜法线平行的小参照镜作为参考，并通过光电跟踪 器检测可模拟日光反射镜反射光线至太阳光能量收集器的参照镜在光电跟踪器上的光斑 位置，来检测日光反射镜相对太阳的高度角和方位角，克服了业界在闭环控制中只能直接 检测光斑在太阳光能量收集器上位置，几乎不能实现的技术偏见；第三，本发明仅仅通过对每个日光反射镜设置对应的参照镜，以及一个接收器对 应一个光电跟踪器，即可实现对日光反射镜的准确检测，并实时调整，无须如开环控制中的 照相系统，成本较低，具有很强的实用性。本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的 细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式
。显然，根据本说明书的内容，可作很多的 修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实 际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
权利要求
一种基于参照镜的日光反射镜闭环控制系统，包括设置在高塔塔顶的一太阳光能量收集器和高塔周围地面上铺设的若干日光反射镜、并且，针对每一日光反射镜设置用于支撑该日光反射镜的支撑机构以及用以驱动该日光反射镜转动的机电转动装置，其特征在于，本系统还包括若干参照镜，每一参照镜对应一日光反射镜，并且每一参照镜与对应的日光反射镜设置在地面的同一支撑机构上，该参照镜的法线与该日光反射镜平行；若干光电跟踪器，每一光电跟踪器对应一参照镜，该些光电跟踪器与该太阳光能量收集器处于同一平面，用以接收对应参照镜反射的太阳光线；控制计算机子系统，连接该些光电跟踪器和该些机电转动装置，用于获知参照镜的反射光线在对应光电跟踪器上的成像位置信息，之后，控制对应的机电转动装置的转动来调整对应日光反射镜的方位角和高度角，以使得该日光反射镜反射的太阳光落在所述太阳光能量收集器上。
2.如权利要求1所述的基于参照镜的日光反射镜闭环控制系统，其特征在于，每一光 电跟踪器上设置了多个光敏传感器、该些光敏传感器均勻阵列排布。
3.如权利要求2所述的基于参照镜的日光反射镜闭环控制系统，其特征在于，所述控 制计算机子系统通过检测当前光斑所在位置对应的光敏传感器确定参照镜反射光线的信 肩、ο
4.如权利要求2所述的基于参照镜的日光反射镜闭环控制系统，其特征在于，所述控 制计算机子系统进一步包括存储器和处理器，存储器进一步包括日光反射镜信息存储单元用于存储每一日光反射镜对应的用于支撑该日光反射镜的 支撑机构信息、用以驱动该日光反射镜转动的机电转动装置信息、与该日光反射镜对应的 参照镜信息和光电跟踪器信息；成像位置信息存储单元，用于存储每一光敏传感器在对应光电跟踪器上的排布信息；处理器用于获知参照镜的反射光线在对应光电跟踪器上的成像位置信息，后控制对 应的机电转动装置的转动来调整对应日光反射镜的方位角和高度角。
5.如权利4所述的基于参照镜的日光反射镜闭环控制系统，其特征在于，还包括调整信息存储单元，用于存储参照镜反射的光线在光电跟踪器上成像的位置偏离其中 心点的数值与日光反射镜需要转动位置的对应信息。
6.如权利要求1或5所述的基于参照镜的日光反射镜闭环控制系统，其特征在于，所述 控制计算机子系统还包括定时检测单元，用以定时检测参照镜反射光线在光电跟踪器上 的成像信息，并控制参照镜打开。
7.一种基于参照镜的日光反射镜闭环控制方法，应用在日光反射镜闭环控制系统中， 所述系统包括设置在高塔塔顶的一太阳光能量收集器和高塔周围地面上铺设的若干日光 反射镜、并且，针对每一日光反射镜设置用于支撑该日光反射镜的支撑机构以及用以驱动 该日光反射镜转动的机电转动装置，其特征在于，包括提供若干参照镜，所述参照镜与日光反射镜一一对应，且该些参照镜分别与对应的日 光反射镜的法线平行；提供若干光电跟踪器和控制计算机子系统，该些光电跟踪器与所述参照镜一一对应， 设置在高塔塔顶，光线接收面与太阳光能量收集器处于同一平面；控制计算机子系统定时或触发检测参照镜反射的光线在光电跟踪器上的位置； 控制计算机子系统根据监测结果控制日光反射镜反射光线完全位于太阳光能量收集 器所需要调整的位置；控制计算机子系统发送命令至对应的机电转动机构，将日光反射镜和参照镜转动相应 角度。
8.如权利要求7所述的基于参照镜的日光反射镜闭环控制方法，其特征在于，还包 括控制计算机子系统查找预存的参照镜反射光斑成像位置与机电转动装置转动位置的对 应信息，并控制所述机电转动装置转动对应的角度。
9.如权利要求7所述的基于参照镜的日光反射镜闭环控制方法，其特征在于，还包括 控制计算机子系统根据从参照镜反射光斑成像位置通过预设的计算公式计算机电转动装 置需转动的角度，并控制所述机电转动装置转动对应的角度。
全文摘要
本发明公开一种基于参照镜的日光反射镜闭环控制系统，包括设置在高塔塔顶的一太阳光能量收集器、高塔周围地面上铺设的若干日光反射镜、与日光反射镜一一对应的参照镜、以及与参照镜一一对应的若干光电跟踪器以及控制计算机子系统，每一日光反射镜设置用于支撑该日光反射镜的支撑机构以及机电转动装置，控制计算机子系统，获知参照镜反射光线在对应光电跟踪器上的成像位置信息后，控制对应的机电转动装置的转动来调整对应日光反射镜的方位角和高度角，以使得日光反射镜反射的太阳光落在太阳光能量收集器上。本发明克服了传统的开环控制方法中成本较高，技术复杂的问题以及克服了业界在闭环控制中只能直接检测光斑在太阳光能量收集器上位置，几乎不能实现的技术偏见。
文档编号G05D3/12GK101943915SQ20101021418
公开日2011年1月12日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者杨先骏, 祝雪妹, 金建祥, 黄文君 申请人:浙江中控太阳能技术有限公司