专利名称：一种太阳自动跟踪装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及定位及自动跟踪技术领域，具体涉及一种实时准确跟踪太阳，用于太阳能的高效采集和利用的自动跟踪装置。
背景技术：
太阳能是一种清洁无污染的能源，太阳能发电已成为全球解决能源危机的重要途径。目前国内大中型光伏发电站的电池板阵列基本为固定式，由于太阳能的能量密度低、随机性大，太阳的光照方向和强度随时间不断变化，并且受自然条件的影响，所以不能充分利用太阳辐射能量。要想在太阳能光伏阵列的单位面积上获得最大的辐照量，提高太阳能的利用率，就必须使用太阳定位及自动跟踪技术。 如授权公告号CN2472151Y，
公开日为2002. I. 16，名称为“太阳辐射跟踪控制装置”的专利文献中提出了一种用金字塔型光电传感器接收太阳光，当太阳光不垂直于金字塔型光电传感器的中心时，就会造成四个光电板的输出电压不相等，只要对四个光电板输出的电压进行比较，就可以计算出当前的太阳方位，进而控制步进电机驱动跟踪装置跟踪太阳；其优点是精度高，缺点是结构复杂，跟踪范围小，成本高，只适合于科研领域；原因在于其为了追求跟踪精度，采用了电热丝、温度传感器、光辐射探测器、四象限探测器、定位传感器等多个模块。再如授权公告号CN2562135Y，
公开日为2003. 7. 23，名称为“微功耗定时太阳跟踪装置”的专利文献中提出了一种利用太阳方位角每小时15°的规律，驱动太阳面板方位角同步转动，从9点至18点进行单轴跟踪；其优点是结构简单，缺点是跟踪误差大，从而造成其太阳能的利用率低；原因在于其没有跟踪太阳的高度角，不能实现太阳的双轴跟踪，并且没有区分昼夜的功能。另外，国内生产的太阳跟踪系统产品由于各个传动组件设置不合理以及控制系统不完善等，使得整个系统存在传动效率低、承载能力小、电机寿命短、跟踪精度低(5°左右)、能耗高和工程实用性差等不足。
发明内容
为了克服目前太阳跟踪系统存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种实现方位、俯仰二维同步准确地跟踪太阳的太阳自动跟踪装置，其跟踪太阳的精度小于
O.1 ，且能耗仅为所驱动光伏阵列发电量的O. 5%，并具有寿命长、保护功能完善等特点。本发明创造为解决其技术问题，通过下述技术方案予以实现一种太阳自动跟踪装置，包括太阳能光伏阵列、与太阳能光伏阵列连接并调节太阳能光伏阵列位置的调节装置、支撑调节装置的立柱及控制系统，所述的调节装置由俯仰角调节组件和方位角调节组件组成，太阳能光伏阵列通过支撑架与俯仰角调节组件相连接，俯仰角调节组件通过立轴与方位角调节组件相连，方位角调节组件设置在立柱上，控制系统对调节装置进行闭环控制；所述方位角调节组件主要由方位电机、方位减速器、蜗杆、蜗轮、立轴组成，方位电机的动力输出轴与方位减速器的输入轴连接，方位减速器的输出轴通过膜片联轴器与蜗杆连接，蜗杆与蜗轮啮合连接，蜗轮通过键与立轴配合连接，实现立轴的方位旋转运动；
所述方位角调节组件的立轴上还设有用以检测太阳能光伏阵列实际位置信息的方位角圆磁栅和方位角圆磁栅读头；
俯仰角调节组件固定设置在立轴上，所述俯仰角调节组件主要由俯仰电机、联轴器、弧齿锥齿轮副、动力传递轴和支撑架组成，俯仰电机的动力输出轴通过联轴器与弧齿锥齿轮副的主动轮的一端连接，弧齿锥齿轮副的从动轮通过键与动力传递轴连接，支撑架固定在动力传递轴的两端，实现支撑架的俯仰旋转运动，在支撑架安装有太阳能光伏阵列；
所述俯仰角调节组件的动力传递轴上还安装有用以检测太阳能光伏阵列实际位置信
息的俯仰角光电编码器；
所述控制系统主要由数据处理器、时间获取与校准模块、信息反馈模块、运动控制模块和D/A转换模块组成；
所述时间获取与校准模块由时钟芯片和GPS模块组成，其时钟芯片用于将一天中太阳不同位置的时间信息发送至数据处理器；GPS模块用于定期对时钟芯片进行高精度校准；所述信息反馈模块由俯仰角光电编码器和方位角圆磁栅读头构成，用以获取跟踪太阳能光伏阵列实际的方位角和俯仰角并将此信息发送至数据处理器，与计算出的太阳角度位置信息比较得到跟踪误差，实现系统的闭环控制；
所述运动控制模块由俯仰电机驱动电路、俯仰限位开关、方位电机驱动电路和方位限位开关组成，俯仰电机驱动电路和方位电机驱动电路输出三相定子绕组电压，以驱动俯仰电机和方位电机进行旋转，俯仰限位开关和方位限位开关用于对太阳能光伏阵列转动的方位角和俯仰角极限位置进行限位；
所述数据处理器利用时钟芯片准确计算出的一年中某天的时间信息，根据当地的经纬度数据和太阳周期运动的规律方程，计算出某天不同时刻时太阳的方位角和俯仰角，由此确定太阳能光伏阵列对应的方位角和俯仰角，分别作为伺服系统方位角和俯仰角输入指令信号;
所述俯仰角光电编码器测量出光伏阵列的实际俯仰角，作为俯仰角反馈信号送入数据处理器；数据处理器根据俯仰角输入指令信号和俯仰角反馈信号的偏差等状态，利用自适应控制算法，计算出俯仰电机转速数字控制信号的大小后，通过D/A转换模块I将转速数字控制信号转化为转速模拟控制信号，同时数据处理器发出俯仰电机旋转方向信号；俯仰电机驱动电路根据接收到的转速模拟控制信号和方向信号，输出相应的三相定子绕组方波电压控制俯仰电机以一定的速度旋转，通过俯仰电机带动太阳能光伏阵列动作，实现太阳能光伏阵列在俯仰方向的旋转来实时调整俯仰角，直到俯仰角输入指令信号和俯仰角反馈信号的偏差为零，太阳能光伏阵列停止旋转，从而实现对太阳俯仰角实时的高精度跟踪；所述方位角圆磁栅读头测量出太阳能光伏阵列的实际方位角，作为方位角反馈信号送入数据处理器；所述数据处理器根据方位角输入指令信号和方位角反馈信号的偏差等状态，计算出方位电机转速数字控制信号的大小后，由D/A转换模块II将转速数字控制信号转化为转速模拟控制信号，同时数据处理器发出方位电机旋转方向信号；方位电机驱动电路根据接收到的转速模拟控制信号和方向信号，输出相应的三相定子绕组方波电压控制方位电机以一定的速度旋转，通过方位电机带动太阳能光伏阵列绕立轴旋转，实现太阳能光伏阵列在方位方向的旋转来实时调整方位角，直到方位角输入指令信号和方位角反馈信号的偏差为零，太阳能光伏阵列停止旋转，从而实现对太阳方位角实时的高精度跟踪。所述方位角调节组件设置在俯仰角调节组件下方，方位角调节组件固定于立柱上，俯仰角调节组件固定于方位角调节组件的立轴上。所述方位角调节组件中的蜗杆一端通过两个角接触球轴承背靠背安装支撑在方位减速器箱体上，并通过圆螺母调整预紧力实现径向和轴向的固定，另一端安装深沟球轴承实现径向固定，轴向游动。
所述的俯仰角调节组件的弧齿锥齿轮副中的主动轮由两个角接触球轴承背靠背安装支撑，轴承中间连接有轴套，通过圆螺母调整预紧力实现径向和轴向的固定。所述方位角调节组件中的方位电机和俯仰角调节组件的俯仰电机均为无刷直流电机。所述控制系统中还包括光强传感器和风速传感器，光强传感器用于检测周围环境阴雨晴天天气情况，风速传感器用于检测周围环境的风速大小；光强传感器和风速传感器将检测到的信号发送至数据处理器。所述数据处理器为数字信号处理器。由于采用上述技术方案，本发明创造具备如下有益效果
I、本发明利用信息反馈模块获取太阳能光伏阵列的实际位置信息，实现系统的闭环控制，并采用GPS模块定期对时钟芯片计算的时间进行高精度校准，提高了太阳实时方位角和俯仰角计算精度，跟踪精度可达O. I 。2、本发明采用双轴联动模式，太阳能光伏阵列跟踪器方位调节组件采用平面一次包络多头环面蜗杆蜗轮结构，俯仰调节组件采用弧齿锥齿轮结构，传动效率能达到90% ;两调节组件均采用大减速比的传动机构，显著减小太阳能光伏阵列的转动惯量，用功率很小的电机就能驱动太阳能光伏阵列旋转，能耗比为O. 5%。3、本发明采用无刷直流电机、圆磁栅读头和光电编码器构成闭环控制系统，采用自适应控制算法，可有效抑制外部扰动，修正累积误差和减小系统误差，具有长期的跟踪精度和运行的可靠性、且维护费用低。4、本发明采用风速传感器来检测环境风速，当风速过大时放平太阳能光伏阵列保护系统；采用光强传感器检测环境天气为阴雨天或晴天，以确定装置是否跟踪太阳。5、本发明传动机构具有自锁和电气限位保护功能，倾覆力矩大，控制系统电路采用模块化设计，结构简单，便于维护。
图I是本发明的结构示意图。图2是图I中沿A-A线的剖面结构示意图。图3是图2中沿B-B线的剖面结构示意图。图4是图2中沿C-C线的剖面结构示意图。图5是本发明中控制系统的原理框图。附图标记1、太阳能光伏阵列，2、支撑架，3、俯仰减速器箱体，4、方位电机，5、立柱，6、方位减速器箱体，7、立轴，8、俯仰限位开关，9、俯仰电机，10、挡块II，11、角接触球轴承，12、主动轮，13、内圈轴套，14、外圈轴套，15、稀油容积式润滑泵，16、稀油容积式润滑泵，17、角接触球轴承，18、蜗轮，19、上轴套，20、轮毂，21、圆螺母，22、防尘盖，23、密封圈，24、下轴套,25、挡块I , 26、方位限位开关,27、方位角圆磁栅,28、方位角圆磁栅读头,29、圆螺母，30、联轴器，31、俯仰电机固定块，32、圆螺母，33、俯仰角光电编码器，34、防尘盖，35、骨架油封，36、从动轮，37、角接触球轴承，38、圆螺母，39、动力传递轴，40、轴承挡圈，41、深沟球轴承，42、蜗杆，43、角接触球轴承，44、圆螺母，45、骨架油封，46、密封固定环，47、联轴器，48、方位电机固定块，49、GPS模块,50、时钟芯片,51、光强传感器,52、风速传感器,53、数据处理器，54、D/A转换模块I , 55、D/A转换模块II, 56 、俯仰电机驱动电路,57、方位电机驱动电路，58、俯仰减速器，59、方位减速器。
具体实施例方式如图所示，一种太阳自动跟踪装置，包括太阳能光伏阵列I、与太阳能光伏阵列连接并调节太阳能光伏阵列位置的调节装置、支撑调节装置的立柱5及控制系统，所述的调节装置由俯仰角调节组件和方位角调节组件组成，太阳能光伏阵列I通过支撑架2与俯仰角调节组件相连接，俯仰角调节组件通过立轴7与方位角调节组件相连，方位角调节组件设置在立柱5上，控制系统对调节装置进行闭环控制；如图I所示，方位角调节组件对应于方位电机4和方位减速器箱体6，俯仰角调节组件对应于俯仰电机9和俯仰减速器箱体3，两调节组件之间通过立轴7连接，立柱5作为支撑件支撑整个跟踪装置，支撑架2连接于俯仰角调节组件的旋转轴两端，太阳能光伏阵列I通过支撑架2实现其方位和俯仰的旋转跟
足示O俯仰角调节组件固定设置在方位角调节组件中的立轴7上，所述俯仰角调节组件主要由俯仰电机9、俯仰减速器58、联轴器、弧齿锥齿轮副、动力传递轴39和支撑架2组成，俯仰电机9的动力输出轴依次通过俯仰减速器和联轴器将动力输出给弧齿锥齿轮副的主动轮12，弧齿锥齿轮副的从动轮36通过键与动力传递轴39连接，支撑架2固定在动力传递轴39的两端，实现支撑架的俯仰旋转运动，在支撑架2安装有太阳能光伏阵列I ;详细说明其设置方式如图2、3所示，俯仰角调节组件采用弧齿锥齿轮副结构俯仰电机9通过俯仰电机固定块31固定，主动轮12通过联轴器30与俯仰电机9的动力输出轴连接，主动轮采用两个角接触球轴承11背靠背安装支撑，轴承之间设有内圈轴套13和外圈轴套14，延长跨距，有利于提高主动轮的刚性，圆螺母29调整预紧力；从动轮36通过键与动力传递轴39连接，从动轮36采用角接触球轴承37背靠背安装固定，两端分别有圆螺母38可以左右微调。因为跟踪板一般是在野外工作，考虑到工作环境比较恶劣，在俯仰减速器箱体3的两端安装了骨架油封35，骨架油封置于防尘盖34内，可以很好的防雨和防尘，更换的时候拆卸也方便，只要将防尘盖34拆下即可，这样保证了减速器箱体内的干净，有利于延长减速器的使用寿命。支撑架2通过圆螺母32固定在动力传递轴39的两端，实现俯仰角的跟踪旋转。所述俯仰角调节组件的动力传递轴39上还安装有用以检测太阳能光伏阵列实际位置信息的俯仰角光电编码器33 ；
所述方位角调节组件主要由方位电机4、方位减速器59、蜗杆42、蜗轮18、立轴7组成，方位电机4的动力输出轴与方位减速器59的输入轴连接,方位减速器59的输出轴通过膜片联轴器与蜗杆42连接，蜗杆42与蜗轮18啮合连接，蜗轮18通过键与立轴7配合连接，实现立轴7的方位旋转运动；详细说明其设置方式如图2、4所示，方位电机4通过方位电机固定块48固定在方位减速器箱体6上，方位角调节组件采用平面一次包络环面蜗杆蜗轮结构其中蜗杆42 —端通过两个角接触球轴承背靠背安装支撑在方位减速器箱体6上，并通过圆螺母调整预紧力实现径向和轴向的固定，另一端安装深沟球轴承实现径向固定，轴向游动。其一端只受径向力束缚，没有轴向力作用，这样的好处是当蜗杆受热膨胀时，有一定的伸缩量，有利于延长使用寿命；蜗杆42跟方位电机4通过联轴器47连接，为了防止润滑油流到方位电机4内部从而烧坏电机，在方位电机4和角接触球轴承43之间安装有骨架油封45,骨架油封45置于密封固定环46中。密封固定环46与方位减速器箱体6是过盈配合安装，从而防止润滑油的泄漏。在电机固定块48上还打有泄油安全孔，如果有润滑油从骨架油封不慎泄露，可以从这里排出，从而保护电机安全。一般蜗轮材料都是铜合金，为了降低成本，蜗轮采用分体式安装。蜗轮18安装于轮毂20上，然后通过键与立轴7连接，防尘盖22安装在方位减速器箱体6上，中间加装有O型密封圈圈23，防止漏油。 所述方位角调节组件的立轴7上还设有用以检测太阳能光伏阵列实际位置信息的方位角圆磁栅27和方位角圆磁栅读头28 ；
所述方位角调节组件中的方位电机和俯仰角调节组件的俯仰电机均采用无刷直流电机。所述的方位角调节组件和俯仰角调节组件采用稀油容积式润滑泵15、16定时定量给传动组件和轴承润滑，最大限度节省用油，实现经济环保。在俯仰减速器箱体3的两边对称安装了两个俯仰限位开关8，当太阳能光伏阵列I顺时针方向或逆时针方向旋转90°时，安装在支撑架2上的挡块II 10就会碰到俯仰限位开关8，俯仰电机9停止转动，并发出报警信号，从而实现±90°的限位。在方位减速器箱体6上安装有方位限位开关26，当太阳能光伏阵列I旋转360°时，安装在蜗轮上的挡块I 25就会碰到方位限位开关26，方位电机4停止转动，发出报警信号，实现360°的限位。蜗轮蜗杆和弧齿锥齿轮副都是大减速比的传力机构，尤其是平面一次包络环面蜗杆蜗轮，具有误差平均效应，可以提高传动精度。弧齿锥齿轮结构比较紧凑，传动平稳，噪音小。本发明就是采用这两种结构。一般单头蜗杆传动效率比较低，为50%-70%左右，为了提高传动效率，本跟踪装置采用多头蜗杆，传动效率可达到90%。但是多头蜗杆减速比减小了，为了增大减速比，在电机侧安装行星减速机。这种结构可以显著减小太阳能光伏板的转动惯量，用很小的电机就能驱动光伏板移动，以实现节能降耗的目的。如图5所示，所述控制系统由数据处理器53、时间获取与校准模块、信息反馈模块、运动控制模块、D/A转换模块I 54、D/A转换模块II 55、光强传感器51和风速传感器52组成；其中，数据处理器53为数字信号处理器，可采用TMS320F2812 ；
光强传感器51用于检测周围环境阴雨晴天天气情况，风速传感器52用于检测周围环境的风速大小；光强传感器51和风速传感器52将检测到的信号发送至数据处理器53 ；
所述时间获取与校准模块由时钟芯片50和GPS模块49组成，时钟芯片50可采用DS12C887，用于将一天中太阳不同位置的时间信息发送至数据处理器53 ； GPS模块49用于定期对时钟芯片50进行高精度校准；所述信息反馈模块由俯仰角光电编码器33和方位角圆磁栅读头28构成，用以获取跟踪太阳能光伏阵列实际的方位角和俯仰角并将此信息发送至数据处理器，与计算出的太阳角度位置信息比较得到跟踪误差，实现系统的闭环控制；
所述运动控制模块由俯仰电机驱动电路56、俯仰限位开关8、方位电机驱动电路57和方位限位开关26组成，俯仰电机驱动电路56和方位电机驱动电路57输出三相定子绕组电压，以驱动俯仰电机9和方位电机4进行旋转，俯仰限位开关8和方位限位开关26用于对太阳能光伏阵列转动的方位角和俯仰角极限位置进行限位；
数据处理器53利用时钟芯片50准确计算出的一年中某天的时间信息，根据当地的经纬度数据和太阳周期运动的规律方程，计算出某天不同时刻时太阳的方位角和俯仰角，由此确定太阳能光伏阵列I对应的方位角和俯仰角，分别作为伺服系统方位角和俯仰角输入指令信号；
太阳能光伏阵列I方位角的调节过程为方位角圆磁栅读头28测量出太阳能光伏阵列 I的实际方位角，作为方位角反馈信号送入数据处理器53 ;数据处理器53根据方位角输入指令信号和方位角反馈信号的偏差等状态，利用自适应控制算法，计算出方位电机4转速数字控制信号的大小后经D/A转换模块II 55将转速数字控制信号转化为转速模拟控制信号，同时数据处理器发出方位电机4旋转方向信号；方位电机驱动电路57根据接收到的转速模拟控制信号和方向信号，输出相应的三相定子绕组方波电压控制方位电机4以一定的速度旋转，通过与方位电机4直连的精密行星减速器，驱动方位减速器59带动太阳能光伏阵列I绕垂直轴旋转，实现光伏阵列I在方位方向的旋转来实时调整方位角，直到方位角输入指令信号和方位角反馈信号的偏差为零，太阳能光伏阵列I停止旋转，从而实现对太阳方位角实时的闻精度跟踪；
太阳能光伏阵列I俯仰角的调节过程为俯仰角光电编码器33测量出光伏阵列I的实际俯仰角，作为俯仰角反馈信号送入数据处理器53 ;数据处理器53根据俯仰角输入指令信号和俯仰角反馈信号的偏差等状态，利用自适应控制算法，计算出俯仰电机4转速数字控制信号的大小后经D/A转换模块I 54将转速数字控制信号转化为转速模拟控制信号，同时数据处理器发出俯仰电机9旋转方向信号；俯仰电机驱动电路56根据接收到的转速模拟控制信号和方向信号，输出相应的三相定子绕组方波电压控制俯仰电机9以一定的速度旋转，通过与俯仰电机带动光伏阵列I绕水平轴旋转，实现太阳能光伏阵列I在俯仰方向的旋转来实时调整俯仰角，直到俯仰角输入指令信号和俯仰角反馈信号的偏差为零，太阳能光伏阵列I停止旋转，从而实现对太阳俯仰角实时的高精度跟踪。数据处理器53利用时钟芯片50准确计算出的时间信息区分昼夜，白天进行跟踪，晚上停止跟踪并自动回到初始位置；利用风速传感器52检测太阳能光伏阵列I的周围环境风速，当风速过大且输出电压信号超过设定值时，为保护太阳能光伏阵列1，此时装置停止跟踪，并放太阳能光伏阵列I来保护系统。数据处理器53利用光强传感器51检测环境天气为阴雨天或晴天，实现晴天跟踪太阳，阴雨天不跟踪。综上所述，本实施例的太阳双轴自动跟踪装置实现了太阳位置的精确确定及准确跟踪，其跟踪精度可达O. 1 ，能耗比仅为O. 5%，同时利用完善的保护功能保护了系统。上述内容仅用于论述技术方案而非对本发明做任何限制，凡是根据本发明实质对以上实施例所做的任何简单修改、变更及等效结构的变化，均属于本发明的技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种太阳自动跟踪装置，包括太阳能光伏阵列(I)、与太阳能光伏阵列连接并调节太阳能光伏阵列位置的调节装置、支撑调节装置的立柱(5)及控制系统，其特征在于 所述的调节装置由俯仰角调节组件和方位角调节组件组成，太阳能光伏阵列(I)通过支撑架(2)与俯仰角调节组件相连接，俯仰角调节组件通过立轴(7)与方位角调节组件相连，方位角调节组件设置在立柱(5)上，控制系统对调节装置进行闭环控制； 所述方位角调节组件主要由方位电机(4)、方位减速器(59)、蜗杆(42)、蜗轮(18)、立轴(7 )组成，方位电机(4 )的动力输出轴与方位减速器(59 )的输入轴连接，方位减速器(59 )的输出轴通过膜片联轴器与蜗杆(42)连接，蜗杆(42)与蜗轮(18)啮合连接，蜗轮(18)通过键与立轴(7)配合连接，实现立轴(7)的方位旋转运动； 所述方位角调节组件的立轴(7)上还设有用以检测太阳能光伏阵列实际位置信息的方位角圆磁栅(27)和方位角圆磁栅读头(28); 俯仰角调节组件固定设置在立轴(7)上，所述俯仰角调节组件主要由俯仰电机(9)、联轴器、弧齿锥齿轮副、动力传递轴(39)和支撑架(2)组成，俯仰电机(9)的动力输出轴通过联轴器与弧齿锥齿轮副的主动轮(12)的一端连接，弧齿锥齿轮副的从动轮(36)通过键与动力传递轴(39)连接，支撑架(2)固定在动力传递轴(39)的两端，实现支撑架的俯仰旋转运动，在支撑架(2 )安装有太阳能光伏阵列(I); 所述俯仰角调节组件的动力传递轴(39)上还安装有用以检测太阳能光伏阵列实际位置信息的俯仰角光电编码器(33)； 所述控制系统主要由数据处理器(53)、时间获取与校准模块、信息反馈模块、运动控制模块和D/A转换模块组成； 所述时间获取与校准模块由时钟芯片(50)和GPS模块(49)组成，其时钟芯片(50)用于将一天中太阳不同位置的时间信息发送至数据处理器(53) ； GPS模块(49)用于定期对时钟芯片(50)进行高精度校准； 所述信息反馈模块由俯仰角光电编码器(33)和方位角圆磁栅读头(28)构成，用以获取跟踪太阳能光伏阵列实际的方位角和俯仰角并将此信息发送至数据处理器，与计算出的太阳角度位置信息比较得到跟踪误差，实现系统的闭环控制； 所述运动控制模块由俯仰电机驱动电路(56)、俯仰限位开关(8)、方位电机驱动电路(57)和方位限位开关(26)组成，俯仰电机驱动电路(56)和方位电机驱动电路(57)对电机的控制信号进行放大，以驱动俯仰电机(9)和方位电机(4)进行旋转，俯仰限位开关(8)和方位限位开关(26)用于对太阳能光伏板转动的方位角和俯仰角极限位置进行限位； 所述数据处理器(53)利用时钟芯片(50)准确计算出的一年中某天的时间信息，根据当地的经纬度数据和太阳周期运动的规律方程，计算出某天不同时刻时太阳的方位角和俯仰角，由此确定太阳能光伏阵列对应的方位角和俯仰角，分别作为伺服系统方位角和俯仰角输入指令信号； 所述俯仰角光电编码器(33)测量出光伏阵列的实际俯仰角，作为俯仰角反馈信号送入数据处理器(53);数据处理器(53)根据俯仰角输入指令信号和俯仰角反馈信号的偏差等状态，利用自适应控制算法，计算出俯仰电机(9)转速数字控制信号的大小后，通过D/A转换模块I (54)将转速数字控制信号转化为转速模拟控制信号，同时数据处理器发出俯仰电机旋转方向信号；俯仰电机驱动电路(56)根据接收到的转速模拟控制信号和方向信号，输出相应的三相定子绕组方波电压控制俯仰电机(9)以一定的速度旋转，通过俯仰电机(9)带动太阳能光伏阵列(I)动作，实现太阳能光伏阵列在俯仰方向的旋转来实时调整俯仰角，直到俯仰角输入指令信号和俯仰角反馈信号的偏差为零，太阳能光伏阵列停止旋转，从而实现对太阳俯仰角实时的闻精度跟踪； 所述方位角圆磁栅读头(28)测量出太阳能光伏阵列的实际方位角，作为方位角反馈信号送入数据处理器(53);所述数据处理器根据方位角输入指令信号和方位角反馈信号的偏差等状态，计算出方位电机(4)转速数字控制信号的大小后，由D/A转换模块II (55)将转速数字控制信号转化为转速模拟控制信号，同时数据处理器发出方位电机旋转方向信号；方位电机驱动电路(57 )根据接收到的转速模拟控制信号和方向信号，输出相应的三相定子绕组方波电压控制方位电机(4)以一定的速度旋转，通过方位电机(4)带动太阳能光伏阵列绕立轴(7)旋转，实现太阳能光伏阵列在方位方向的旋转来实时调整方位角，直到方位角输入指令信号和方位角反馈信号的偏差为零，太阳能光伏阵列停止旋转，从而实现对太阳方位角实时的高精度跟踪。
2.根据权利要求I所述的太阳自动跟踪装置，其特征是所述方位角调节组件设置在俯仰角调节组件下方，方位角调节组件固定于立柱(5)上，俯仰角调节组件固定于方位角调节组件的立轴(7)上。
3.根据权利要求I所述的太阳自动跟踪装置，其特征是所述方位角调节组件中的蜗杆(42) —端通过两个角接触球轴承背靠背安装支撑在方位减速器箱体(6)上，并通过圆螺母调整预紧力实现径向和轴向的固定，另一端安装深沟球轴承实现径向固定，轴向游动。
4.根据权利要求I所述的太阳自动跟踪装置，其特征是所述的俯仰角调节组件的弧齿锥齿轮副中的主动轮(12)由两个角接触球轴承背靠背安装支撑，轴承中间连接有轴套，通过圆螺母调整预紧力实现径向和轴向的固定。
5.根据权利要求I所述的太阳自动跟踪装置，其特征是所述的方位角调节组件和俯仰调节组件中均设有稀油容积式润滑泵。
6.根据权利要求I所述的太阳自动跟踪装置，其特征是所述方位角调节组件中的方位电机(4)和俯仰角调节组件的俯仰电机(9)均为无刷直流电机。
7.根据权利要求I所述的太阳自动跟踪装置，其特征是所述控制系统中还包括光强传感器(51)和风速传感器(52)，光强传感器(51)用于检测周围环境阴雨晴天天气情况，风速传感器(52)用于检测周围环境的风速大小；光强传感器(51)和风速传感器(52)将检测到的信号发送至数据处理器(53 )。
8.根据权利要求I所述的太阳自动跟踪装置，其特征是所述数据处理器(53)为数字信号处理器。
全文摘要
一种太阳自动跟踪装置，涉及一种实时准确跟踪太阳，用于太阳能的高效采集和利用的装置，包括太阳能光伏阵列、与太阳能光伏阵列连接并调节太阳能光伏阵列位置的调节装置、支撑调节装置的立柱及控制系统，所述的调节装置由俯仰角调节组件和方位角调节组件组成，太阳能光伏阵列通过支撑架与俯仰角调节组件相连接，俯仰角调节组件通过立轴与方位角调节组件相连，方位角调节组件设置在立柱上，控制系统对调节装置进行闭环控制；该装置跟踪太阳的精度小于0.1 ，且能耗仅为所驱动光伏阵列发电量的0.5%，具有寿命长、保护功能完善等特点。
文档编号G05D3/12GK102778896SQ201210224740
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月2日 优先权日2012年7月2日
发明者何祥宇, 周涛, 姜一达, 王希娟, 肖凯, 陈军, 陈群 申请人:洛阳师范学院