定日镜控制方法、装置及计算机可读存储介质和终端设备与流程
本发明属于太阳能光热发电领域，尤其涉及一种定日镜控制方法、装置及计算机可读存储介质和终端设备。
背景技术：
定日镜(heliostat)是指将太阳或其他天体的光线反射到固定方向的光学装置，又称定星镜，其采用一块平面镜置于赤道式装置中，可作赤纬方向的移动。与定天镜相比，定日镜的主要优点是不用导轨，结构简单紧凑。光线入射角在跟踪过程中变化很小，一天以内仪器偏振近于常数，有利于太阳表面磁场横向分量的测量。
定日镜的用途广泛，一个常见应用场景是应用于太阳能光热发电(solarthermalelectricpowergeneration)。所谓太阳能光热发电，是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。采用太阳能光热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。而且，这种形式的太阳能利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势，即太阳能所烧热的水可以储存在巨大的容器中，在太阳落山后几个小时仍然能够带动汽轮发电。
在现有的塔式光热发电系统中，要计算伺服控制系统的脉冲数，首先需要通过太阳位置算法(solarpositionalgorithm，spa)输入时间、日期、经度、纬度、海报、温度等一系列参数，计算出太阳的天顶角和方位角，然后再根据定日镜在镜场中的坐标，运用空间向量的原理，计算出定日镜的法向向量(即定日镜的高度角和方位角)，接着通过三角函数关系，分别计算出高度轴推杆长度和方位轴推杆长度，最后根据推杆丝距、行星减速机减速比和伺服电机电子齿轮比等参数，计算出两轴的脉冲数。
现有的塔式光热发电系统的缺陷在于只能针对理想状态下的镜架，然而，实际应用时，镜架因为在加工和安装过程中会产生误差，会使镜架的一些参数，例如立柱会倾斜、方位轴和高度轴不垂直、推杆所在的三角平面与对应的轴不垂直等等发生变化。由于误差测量困难，且补偿的算法计算复杂，因此经常导致定日镜追踪精度不够精确，从而不能精确地进行能流控制。
上述技术问题亟待业界解决。
技术实现要素：
本发明提供一种定日镜控制方法、装置及计算机可读存储介质和终端设备，以提高定日镜的追踪精度，从而对能流进行精确控制。
本发明第一方面提供了一种定日镜控制方法，所述方法包括：
根据太阳位置算法，获取当前时刻定日镜h2的法向向量，所述法向向量包括所述当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2；
根据所述定日镜h2当前时刻所在位置的相邻四个点位测得的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角以及所述当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2，计算所述定日镜h2的方位轴脉冲数和高度脉冲数；
指示所述定日镜h2的伺服电机运行所述计算出的方位轴脉冲数和高度脉冲数以使所述定日镜h2移动至目标位置。
本发明第二方面提供了一种定日镜控制装置，所述装置包括：
获取模块，用于根据太阳位置算法，获取当前时刻定日镜h2的法向向量，所述法向向量包括所述当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2；
脉冲数计算模块，根据所述定日镜h2当前时刻所在位置的相邻四个点位测得的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角以及所述当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2，计算所述定日镜h2的方位轴脉冲数和高度脉冲数；
指示模块，用于指示所述定日镜h2的伺服电机运行所述计算出的方位轴脉冲数和高度脉冲数以使所述定日镜h2移动至目标位置。
本发明第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
根据太阳位置算法，获取当前时刻定日镜h2的法向向量，所述法向向量包括所述当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2；
根据所述定日镜h2当前时刻所在位置的相邻四个点位测得的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角以及所述当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2，计算所述定日镜h2的方位轴脉冲数和高度脉冲数；
指示所述定日镜h2的伺服电机运行所述计算出的方位轴脉冲数和高度脉冲数以使所述定日镜h2移动至目标位置。
本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
根据太阳位置算法，获取当前时刻定日镜h2的法向向量，所述法向向量包括所述当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2；
根据所述定日镜h2当前时刻所在位置的相邻四个点位测得的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角以及所述当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2，计算所述定日镜h2的方位轴脉冲数和高度脉冲数；
指示所述定日镜h2的伺服电机运行所述计算出的方位轴脉冲数和高度脉冲数以使所述定日镜h2移动至目标位置。
从上述本发明提供的技术方案可知，由于可以根据定日镜当前时刻所在位置的相邻四个点位测得的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角以及当前时刻定日镜的高度角β2和方位角α2，计算定日镜h2的方位轴脉冲数和高度脉冲数，因此，本发明提供的技术方案一方面可以快速、可靠、高效地解决了由于生产和安装环节中产生的系统误差；另一方面无需进行各种误差的测量，使得定日镜的安装或加工精度的要求均可下降，大大降低了定日镜安装和加工的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的定日镜控制方法的实现流程示意图；
图2是本发明实施例提供的定日镜控制装置的结构示意图；
图3是本发明另一实施例提供的定日镜控制装置的结构示意图；
图4是本发明另一实施例提供的定日镜控制装置的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的终端设备的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
附图1是本发明实施例提供的定日镜控制方法的实现流程示意图，主要包括以下步骤s101至s103，以下详细说明：
s101，根据太阳位置算法，获取当前时刻定日镜h2的法向向量，其中，法向向量包括当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2。
太阳位置算法(solarpositionalgorithm，spa)由美国能源局发布(开源)，计算了太阳天顶角和方位角，从公元前2000年到公元6000年间，基于时间、日期、地球位置计算，计算结果精度高达±0.0003度。作为本发明一个实施例，根据太阳位置算法，获取当前时刻定日镜h2的法向向量可通过如下步骤s1011和s1012实现：
s1011，根据太阳位置算法，计算当前时刻太阳天顶角和方位角。
具体地，输入时间、日期、经度、纬度、时区、海拔、大气压、温度、大气折射率等参数，调用spa_calculate(spa_data*spa)函数，即可计算出太阳天顶角和方位角，其中spa_data*spa是包含上述输入的参数的结构体。
s1012，根据定日镜h2在镜场中的坐标，计算出定日镜h2的法向向量。
具体地，根据定日镜在镜场中的坐标，运用空间向量的原理，计算出定日镜的法向向量。
s102，根据定日镜h2当前时刻所在位置的相邻四个点位测得的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角以及当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2，计算定日镜h2的方位轴脉冲数和高度脉冲数。
作为本发明一个实施例，根据定日镜h2当前时刻所在位置的相邻四个点位测得的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角以及当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2，计算定日镜h2的方位轴脉冲数和高度脉冲数可通过如下步骤s1021至s1023实现：
s1021，通过查询哈希表，查找到定日镜h2当前时刻所在位置的相邻四个点位测得的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角。
需要说明的是，在本发明实施例中，定日镜h2当前时刻所在位置的相邻四个点位测得的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角可事先测算出来以哈希表的方式存储。具体地，可以检测任意点位的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角，得到每个点位的定日镜的一组高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角数据，将得到的每一组数据为一个单位，以哈希表的形式保存至每个定日镜的控制器的存储器中，即，对于任意点位s，通过电子罗盘和倾角传感器等设备，检测该点位的定日镜的高度轴推杆长度
s1022，将定日镜h2当前时刻所在位置的相邻四个点位测得的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角作为已知参数，采用线性插值法计算当前时刻所述定日镜h2的高度轴推杆长度
以定日镜h2当前时刻所在位置的相邻四个点位分别是a、b、c和d点为例，步骤s1022具体可通过如下步骤s1至s3实现：
s1，根据公式
其中，e点为经过定日镜h2当前时刻所在位置的线段的一个端点，
s2，根据公式
其中，f点为经过定日镜h2当前时刻所在位置的线段的另一个端点，即e点和f点为经过定日镜h2当前时刻所在位置的线段的两个端点，
s3，根据公式
其中，βe为e点测得的定日镜的高度角，βf为f点测得的定日镜的高度角，并且βe＝βa＝βb，βf＝βc＝βd，βa、βb、βc和βd分别为a、b、c和d点测得的定日镜的高度角。
s1023，根据公式
其中，kα为定日镜h2的方位轴的长度-脉冲转换系数，kβ为定日镜h2的高度轴的长度-脉冲转换系数。
s103，指示定日镜h2的伺服电机运行经步骤s102计算出的方位轴脉冲数和高度脉冲数，以使定日镜h2移动至目标位置。
在本发明实施例中，目标位置即定日镜h2的伺服电机运行经步骤s102计算出的方位轴脉冲数
从上述附图1示例的定日镜控制方法可知，由于可以根据定日镜当前时刻所在位置的相邻四个点位测得的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角以及当前时刻定日镜的高度角β2和方位角α2，计算定日镜h2的方位轴脉冲数和高度脉冲数，因此，本发明提供的技术方案一方面可以快速、可靠、高效地解决了由于生产和安装环节中产生的系统误差；另一方面无需进行各种误差的测量，使得定日镜的安装或加工精度的要求均可下降，大大降低了定日镜安装和加工的成本；第三方面，采集数据等调试工作均有软件和相关仪器设备自动运行完成，无需人工干预，可24小时调试作业；第四方面，采集对应的哈希表时，设置的步距越短，线性差值法计算的精度越高，满足各中实际的精度要求，即使多年后地基发生较大沉降，也只需自动运行设备再次采集数据即可。
图2是本发明实施例提供的定日镜控制装置的示意图，主要包括获取模块201、脉冲数计算模块202和指示模块203，详细说明如下：
获取模块201，用于根据太阳位置算法，获取当前时刻定日镜h2的法向向量，当前时刻定日镜h2的法向向量包括当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2。
进一步地，获取模块201包括太阳角度计算单元和向量计算单元，其中，太阳角度计算单元用于根据太阳位置算法，计算当前时刻太阳天顶角和方位角，向量计算单元用于根据定日镜h2在镜场中的坐标，计算出定日镜h2的法向向量。
脉冲数计算模块202，根据定日镜h2当前时刻所在位置的相邻四个点位测得的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角以及当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2，计算定日镜h2的方位轴脉冲数和高度脉冲数。
指示模块203，用于指示定日镜h2的伺服电机运行脉冲数计算模块202计算出的方位轴脉冲数和高度脉冲数，以使定日镜h2移动至目标位置。
需要说明的是，本发明实施例提供的装置，由于与本发明方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明方法实施例相同，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
附图2示例的脉冲数计算模块202可以包括查找单元301、线性插值单元302和计算单元302，如附图3示例的定日镜控制装置，其中：
查找单元301，用于通过查询哈希表，查找到定日镜h2当前时刻所在位置的相邻四个点位测得的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角；
线性插值单元302，用于将定日镜h2当前时刻所在位置的相邻四个点位测得的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角作为已知参数，采用线性插值法计算当前时刻定日镜h2的高度轴推杆长度
计算单元303，用于根据公式
附图3示例的线性插值单元302可以包括第一求取单元401、第二求取单元402和第三求取单元403，如附图4示例的定日镜控制装置，其中：
第一求取单元401，用于根据公式
第二求取单元402，用于根据公式
第三求取单元403，用于根据公式
附图2至附图4任一示例的定日镜控制装置还可以包括检测模块和保存模块，其中：
检测模块，用于检测任意点位的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角，得到每个点位的定日镜的一组高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角数据；
保存模块，将检测模块检测出的每一组数据为一个单位，以哈希表的形式保存至每个定日镜的控制器的存储器中。
图5是本发明一实施例提供的终端设备的结构示意图。如图5所示，该实施例的终端设备5包括：处理器50、存储器51以及存储在存储器51中并可在处理器50上运行的计算机程序52，例如定日镜控制方法的程序。处理器50执行计算机程序52时实现上述定日镜控制方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤s101至s103。或者，处理器50执行计算机程序52时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图2所示获取模块201、脉冲数计算模块202和指示模块203的功能。
示例性的，定日镜控制方法的计算机程序52主要包括：根据太阳位置算法，获取当前时刻定日镜h2的法向向量，其中，法向向量包括当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2；根据定日镜h2当前时刻所在位置的相邻四个点位测得的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角以及当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2，计算定日镜h2的方位轴脉冲数和高度脉冲数；指示定日镜h2的伺服电机运行计算出的方位轴脉冲数和高度脉冲数以使定日镜h2移动至目标位置。计算机程序52可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器51中，并由处理器50执行，以完成本发明。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序52在计算设备5中的执行过程。例如，计算机程序52可以被分割成获取模块201、脉冲数计算模块202和指示模块203的功能(虚拟装置中的模块)，各模块具体功能如下：获取模块201，用于根据太阳位置算法，获取当前时刻定日镜h2的法向向量，其中，法向向量包括当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2；脉冲数计算模块202，用于根据定日镜h2当前时刻所在位置的相邻四个点位测得的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角以及当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2，计算定日镜h2的方位轴脉冲数和高度脉冲数；指示模块203，用于指示定日镜h2的伺服电机运行计算出的方位轴脉冲数和高度脉冲数以使定日镜h2移动至目标位置。
终端设备5可包括但不仅限于处理器50、存储器51。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是终端设备5的示例，并不构成对终端设备5的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器50可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器51可以是终端设备5的内部存储单元，例如终端设备5的硬盘或内存。存储器51也可以是终端设备5的外部存储设备，例如终端设备5上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard，smc)，安全数字(securedigital，sd)卡，闪存卡(flashcard)等。进一步地，存储器51还可以既包括终端设备5的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器51用于存储计算机程序以及终端设备所需的其他程序和数据。存储器51还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，定日镜控制方法的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤，即，根据太阳位置算法，获取当前时刻定日镜h2的法向向量，其中，法向向量包括当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2；根据定日镜h2当前时刻所在位置的相邻四个点位测得的定日镜的高度轴推杆长度、方位轴推杆长度、高度角和方位角以及当前时刻定日镜h2的高度角β2和方位角α2，计算定日镜h2的方位轴脉冲数和高度脉冲数；指示定日镜h2的伺服电机运行计算出的方位轴脉冲数和高度脉冲数以使定日镜h2移动至目标位置。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
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