一种自适应转向控制系统及方法与流程

本发明属于太阳能发电设备，更具体地说，是涉及一种自适应转向控制系统及方法。

背景技术：

1、早期的太阳能光伏系统的电池板阵列基本上都是固定的，没有充分利用太阳能资源，发电效率低下，后来随着技术的发展，已经能够实现太阳能光伏系统的电池板阵列自动追踪太阳，但是由于受到传感器的精度，系统的控制方法等技术上的局限，以及恶劣天气，乌云遮蔽等自然条件的影响，太阳能光伏系统的电池板阵列常常无法准确追踪到太阳，影响发电效率。

2、目前几乎所有的太阳能跟踪控制系统，其转向电机基本采用三种形式：

3、1、采用编码电机或者伺服电机，目的是为了让系统识别电机转了多少圈，以便与内部设定的减速系统参数计算后控制电机转动使支架转到太阳的概略位置，使可见光追日传感器准确的寻找太阳。

4、这个方案的缺点是电机成本以及控制器的成本极高，变速箱的参数设定容易产生累积误差，编码器受到干扰后整个系统就会完全奔溃，无论哪个出错，一旦发生，必须系统复位后才能工作。

5、2、采用步进电机，系统根据gps计算得出太阳的瞬时位置后，根据支架初始位置以及变速箱参数计算出电机需要转动圈数，输出相应的脉冲数量，控制步进电机转动，使支架转到太阳的概略位置，以便可见光追日传感器准确的寻找太阳。

6、这个方案的缺点是步进电机控制在系统里面属于开环控制，一旦由于风压、积雪等等外来阻力使步进电机产生失步，系统就将奔溃，一旦发生，必须系统复位后才能工作。同样的，虽然步进电机控制方式成本低于编码电机，但还是远远高于普通直流电机或者直流无刷电机。

7、3、采用普通直流电机，有些系统为了降低成本，采用普通直流电机的结构形式。由于采用普通直流电机，系统不能识别支架所处的相对位置，当有云彩遮挡阳光较长时间后，由于追日传感器的识别太阳的角度有限，会出现追日传感器找不到太阳的现象。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的第一个目的在于提供一种太阳能光伏自适应转向控制系统，该系统能够提高支架的调节精度，保证支架能始终对准太阳，本发明的第二个目的在于提供一种太阳能光伏自适应转向控制方法。

2、为了实现上述第一个发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种自适应转向控制系统，包括若干能在水平方向以及垂直方向进行转动的支架以及对支架进行驱动的电机、变速箱，每个支架上均安装有分控器，所述分控器包括分控单片机系统、gps/北斗模块和三轴传感器，所述gps/北斗模块为分控单片机系统提供太阳的实时位置，所述三轴传感器为分控单片机系统提供支架整体的方位角和俯仰角的瞬时位置，所述分控单片机系统根据三轴传感器的数据信息计算出调整修正数据，所述分控单片机系统内还设有将调整修正数据转化为控制信号的自适应电机比例控制器，所述电机为脉宽调速直流电机，所述控制信号的脉宽值根据三轴传感器的数据实时调整。

4、作为优选方案：所述电机为多个，分别通过俯仰角电机控制模块和方位角电机控制模块驱动，且俯仰角电机控制模块和方位角电机控制模块驱动的控制信号均由自适应电机比例控制器提供。

5、作为优选方案：所述三轴传感器包括加速度计、陀螺仪、磁力计中的一种或多种。

6、作为优选方案：所述分控器还包括太阳能电池发电量传感器，所述分控单片机系统通过前者检测相应的太阳能电池的运行状态，所述分控单片机系统与太阳能电池发电量传感器之间还设有用来将数据信号以及电力信号进行隔离的高低压隔离电路。

7、作为优选方案：所述分控器还包括可见光精确指向太阳角度传感器，所述可见光精确指向太阳角度传感器与三轴传感器共同为分控单片机系统提供位置信息。

8、作为优选方案：所述电机的控制信号的脉宽根据各种传感器以及可见光精确指向太阳角度传感器的数据实时调整，自动适应控制俯仰角电机和方位角电机的转速，最终达到支架的角速度与太阳转动角速度一致并始终保持。

9、作为优选方案：所述分控器还包括电源模块和数据收发模块b，且电源模块以及数据收发模块b还设有防雷模块。

10、为了实现上述第二个发明目的，本发明采用以下技术方案：

11、一种如上所述的自适应转向控制方法，包括以下步骤：

12、开机通电，初始化，根据gps或者北斗的数据解算出太阳的实时位置，再根据三轴传感器的数据解算出支架与太阳的相对位置，并计算出调整修正数据，然后自适应电机比例控制器将调整修正数据转化为电机的控制信号，即输出不同的脉宽给直流电机，电机驱动支架旋转，固定在支架上的三轴传感器同步旋转；

13、分控单片机系统再次读取三轴传感器数据，并且与内存储器上的预置数据对比，并不断地发送调整修正数据给电机控制器，且不断修改调整修正数据的脉宽值，以致调整次数趋向为零，最终以固定脉宽值的调整修正数据对电机进行驱动，完成支架的持续运转，最终达到跟踪系统的角速度与太阳转动角速度一致并始终保持。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

15、本发明的系统中采用了三轴传感器对支架的位置信息以及运动信息进行检测，数据更加准确，并用脉宽调速电机对支架进行驱动调节，电机的控制信号由自适应电机比例控制器提供，并且控制信号的的脉宽值还能根据三轴传感器的数据变化而作调整，满足各种工况以及气候条件下的支架的调节，使得支架能尽可能始终的对准太阳，提高了发电效率。

16、本发明由于gps或者北斗和三轴传感器的共同存在，系统无需再有其他条件即可感知支架相对于太阳的概略位置，而采用自适应比例控制后，系统成本几乎与采用直流电机控制方式相等，可有效避免由于变速箱摩擦力不一致以致电机转速不一致，找不到太阳的现象，同时也可避免由风压、积雪等等外来阻力造成支架转动变慢而找不到太阳。

技术特征：

1.一种自适应转向控制系统，包括若干能在水平方向以及垂直方向进行转动的支架以及对支架进行驱动的电机、变速箱，其特征在于：每个支架上均安装有分控器，所述分控器包括分控单片机系统、gps/北斗模块和三轴传感器，所述gps/北斗模块为分控单片机系统提供太阳的实时位置，所述三轴传感器为分控单片机系统提供支架整体的方位角和俯仰角的瞬时位置，所述分控单片机系统根据三轴传感器的数据信息计算出调整修正数据，所述分控单片机系统内还设有将调整修正数据转化为控制信号的自适应电机比例控制器，所述电机为脉宽调速直流电机，所述控制信号的脉宽值根据三轴传感器的数据实时调整。

2.根据权利要求1所述的一种自适应转向控制系统，其特征在于：所述电机为多个，分别通过俯仰角电机控制模块和方位角电机控制模块驱动，且俯仰角电机控制模块和方位角电机控制模块驱动的控制信号均由自适应电机比例控制器提供。

3.根据权利要求1所述的一种自适应转向控制系统，其特征在于：所述三轴传感器包括加速度计、陀螺仪、磁力计中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种自适应转向控制系统，其特征在于：所述分控器还包括太阳能电池发电量传感器，所述分控单片机系统通过前者检测相应的太阳能电池的运行状态，所述分控单片机系统与太阳能电池发电量传感器之间还设有用来将数据信号以及电力信号进行隔离的高低压隔离电路。

5.根据权利要求1所述的一种自适应转向控制系统，其特征在于：所述分控器还包括可见光精确指向太阳角度传感器，所述可见光精确指向太阳角度传感器与三轴传感器共同为分控单片机系统提供位置信息。

6.根据权利要求1所述的一种自适应转向控制系统，其特征在于：所述电机的控制信号的脉宽根据各种传感器以及可见光精确指向太阳角度传感器的数据实时调整，自动适应控制俯仰角电机和方位角电机的转速，最终达到支架的角速度与太阳转动角速度一致并始终保持。

7.根据权利要求1所述的一种自适应转向控制系统，其特征在于：所述分控器还包括电源模块和数据收发模块b，且电源模块以及数据收发模块b还设有防雷模块。

8.一种如权利要求1至7所述的自适应转向控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种自适应转向控制系统及方法，该系统包括支架、电机和变速箱，支架上均安装有分控器，分控器包括分控单片机系统、GPS/北斗模块和三轴传感器，GPS/北斗模块、三轴传感器分别为分控单片机系统提供太阳的实时位置以及支架整体的方位角和俯仰角的瞬时位置，分控单片机系统根据三轴传感器的数据信息计算出调整修正数据，自适应电机比例控制器将调整修正数据转化为控制信号，电机为脉宽调速直流电机，控制信号的脉宽值根据三轴传感器的数据实时调整，以达到支架与目标运动角速度同步的目的。本发明的系统满足各种工况以及气候条件下的支架的调节，使得支架能尽可能的对准目标，提高了控制效率的同时，提高系统效率，降低成本。

技术研发人员：冯心宇
受保护的技术使用者：冯心宇
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15