CN105302161B - 基于双涡杆转盘的太阳跟踪器的基准点校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双涡杆转盘的太阳跟踪器的基准点校正方法。本发明主要针对在基准点找到后安装感应块时产生误差的问题，由于感应块通过人工安装，无论人工多么细致熟练地调整铝感应块，都会或多或少的造成误差，一般情况下误差都会在1°左右，而通过本发明的校正方法可以将安装误差有效消除；对于已经安装好的设备经过长年的运行或者大大小小的检修过后有可能造成铝感应块的滑动，这时只需要进入校正模式，手动对准太阳即可，简单方便。
Description
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，特别涉及一种基于双涡杆转盘的太阳跟踪器的基准点校正方法。
背景技术
太阳跟踪器基准点找到后对双蜗杆转盘在基准点安装时，如图1和2所示，如果手动调整感应块的速度过快，或者用力过猛，或者导轨不是很滑等诸多因素都会造成感应块不会出现在正确的位置上而产生误差，该误差是由于调整感应块造成的，而并不是寻找基准点时定位产生的误差。这是因为感应块在手动调整时，如果用手移动感应块的距离不够，这时接近开关不会有输出信号，可以继续再调；但是如果调试距离多了，这时接近开关也会输出信号，而这时调试人员认为调试到位了，但实际上是移动距离过多了。如图2所示，这时铝感应块移动到B线对应的位置，此时接近开关也有信号输出，但是正确的位置是A线所对应的位置，如果就这样让跟踪器继续运行，那么假设A，B间的弧度为δab,那么跟踪器每次的跟踪都会比正常位置超前(向西) δab。对于高倍聚光光伏发电，这会造成聚光光斑落不到电池板上，无法发电，或者发电量大幅度下降。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够有效消除感应块安装时产生误差的基于双涡杆转盘的太阳跟踪器的基准点校正方法。
本发明的技术方案是这样实现的：基于双涡杆转盘的太阳跟踪器的基准点校正方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：手动控制太阳跟踪器对准太阳，将光线垂直测量仪放置于太阳跟踪器的太阳能帆板上，在光线垂直测量仪的阴影看不到时启动校正；
第二步：在启动校正后系统计算出当前太阳位置，并确定此时为太阳跟踪器的位置，假设当前位置为（W，H），将位置直接换算为脉冲步数（Sw，Sh）；
第三步：驱动太阳跟踪器回到基准点，并记录下驱动过程中的脉冲总数（Sw0，Sh0）；
第四步：将上述第二步和第三步的脉冲数相减得到的差值即是铝感应块安装产生的误差（δsw，δsh），将该组数据存入系统EEPROM，然后每次上电启动的时候调入RAM，跟踪时直接用驱动脉冲减去或加上该脉冲即可。
本发明所述的基于双涡杆转盘的太阳跟踪器的基准点校正方法，其所述第三步中，太阳跟踪器的转盘由动力电机和精控电机同时驱动，且动力电机和精控电机始终保持转动方向相反的驱动状态，其驱动方法具体为：
第一步：假设太阳跟踪器向西驱动行程为x度，利用减速比k转换为驱动脉冲为Ds=x*360/k个脉冲信号；
第二步：精控电机先反转启动，行程为Ds，动力电机在精控电机启动ss个脉冲后正转启动，不设置行程，其中，ss必须小于电机驱动的蜗杆与涡轮的齿轮缝隙所对应的脉冲数；
第三步：当精控电机驱动Ds完成后立即停止，此时动力电机与精控电机的驱动距离差最大为ss，最小为0；为0表示精控电机和动力电机驱动的蜗杆齿轮紧紧贴着蜗轮的齿轮，为无间隙状态，为ss则表明为有间隙状态；
第四步：消除ss，第三步的结果为0～ss之间，当精控电机停下来后动力电机继续驱动，如果间隙为0，那么电机转动困难，输出脉冲的频率会大幅度下降；如果间隙为ss，那么动力电机会继续转动ss个脉冲后间隙达到0，电机同样会转动困难甚至停转，输出脉冲频率会陡然下降最后归零；控制器通过检测动力电机输出脉冲的频率变化得知当前的间隙是否已经被消除完毕；若太阳跟踪器向东驱动，则动力电机和精控电机的动作相反。
本发明所述的基于双涡杆转盘的太阳跟踪器的基准点校正方法，其在太阳跟踪器驱动方法的第四步中，当电机输出脉冲频率降低为正常值的1/5～1/3之间时，就可以立即停止电机驱动了，此时已是无间隙状态。
本发明主要针对在基准点找到后安装感应块时产生误差的问题，由于感应块通过人工安装，无论人工多么细致熟练地调整铝感应块，都会或多或少的造成误差，一般情况下误差都会在1°左右，而通过本发明的校正方法可以将安装误差有效消除；对于已经安装好的设备经过长年的运行或者大大小小的检修过后有可能造成铝感应块的滑动，这时只需要进入校正模式，手动对准太阳即可，简单方便。
附图说明
图1是本发明中铝感应块调整前的示意图。
图2是本发明中铝感应块调整后的示意图。
图3是本发明基准点校正的流程图。
图4是本发明中基准点找到后安装接近开关的示意图。
图中标记：1为接近开关，2为铝感应块，3为滑动导轨。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图3所示，基于双涡杆转盘的太阳跟踪器的基准点校正方法，包括以下步骤：
第一步：手动控制太阳跟踪器对准太阳，将光线垂直测量仪放置于太阳跟踪器的太阳能帆板上，在光线垂直测量仪的阴影看不到时启动校正。
第二步：在启动校正后系统计算出当前太阳位置，并确定此时为太阳跟踪器的位置，假设当前位置为（W，H），将位置直接换算为脉冲步数（Sw，Sh）。
第三步：驱动太阳跟踪器回到基准点，并记录下驱动过程中的脉冲总数（Sw0，Sh0）。
第四步：将上述第二步和第三步的脉冲数相减得到的差值即是铝感应块安装产生的误差（δsw，δsh），将该组数据存入系统EEPROM，然后每次上电启动的时候调入RAM，跟踪时直接用驱动脉冲减去或加上该脉冲即可。
其中，在所述第三步中，太阳跟踪器的转盘由动力电机和精控电机同时驱动，且动力电机和精控电机始终保持转动方向相反的驱动状态，其驱动方法具体为：
第一步：假设太阳跟踪器向西驱动行程为x度，利用减速比k转换为驱动脉冲为Ds=x*360/k个脉冲信号。
第二步：精控电机先反转启动，行程为Ds，动力电机在精控电机启动ss个脉冲后正转启动，不设置行程，其中，ss必须小于电机驱动的蜗杆与涡轮的齿轮缝隙所对应的脉冲数。
第三步：当精控电机驱动Ds完成后立即停止，此时动力电机与精控电机的驱动距离差最大为ss，最小为0；为0表示精控电机和动力电机驱动的蜗杆齿轮紧紧贴着蜗轮的齿轮，为无间隙状态，为ss则表明为有间隙状态，这个间隙会随着使用寿命的增加而增加。
第四步：消除ss，第三步的结果为0～ss之间，当精控电机停下来后动力电机继续驱动，如果间隙为0，那么电机转动困难，输出脉冲的频率会大幅度下降；如果间隙为ss，那么动力电机会继续转动ss个脉冲后间隙达到0，电机同样会转动困难甚至停转，输出脉冲频率会陡然下降最后归零；控制器通过检测动力电机输出脉冲的频率变化得知当前的间隙是否已经被消除完毕。通过大量实践，在太阳跟踪器驱动方法的第四步中，当电机输出脉冲频率降低为正常值的1/5～1/3之间时，就可以立即停止电机驱动了，此时已是无间隙状态，继续驱动只会烧毁电机。若太阳跟踪器向东驱动，则动力电机和精控电机的动作相反，即原动力电机在向东驱动时变为精控电机，负责定位，原精控电机换位动力电机负责消除间隙。
该驱动方法能够提供更大的驱动力，而且还能够靠两个电机的配合实现精确定位的同时消除间隙。
其中，在第三步中所述的基准点是采用以下方法寻找的：
第一步：在太阳跟踪器处于任意位置时，将光线垂直测量仪放置于太阳跟踪器的太阳能帆板上，且使光线垂直测量仪垂直于太阳能帆板的水平面，调整太阳跟踪器直到太阳能帆板上看不到光线垂直测量仪的阴影为止，此时太阳跟踪器正对太阳，即太阳的角度与跟踪器的角度一致。在调整过程中，测量仪的阴影、测量仪以及光线构成了三角形，若测量仪的立柱高度为30CM，假设当前光线垂直测量仪的阴影长度为肉眼容易观察的2mm，那么光线与立柱的夹角θ=arctan(0.2/30)=0.38°，这个已经是非常高的精度了，远远高于太阳能国家跟踪标准的±0.5度。
第二步：计算位置差，在经过第一步后，此时太阳跟踪器与太阳的位置同步，假设当前太阳的角度为（W′，H′），其中W′为太阳方位角，H′为太阳高度角，那么方位角位置差ΔW=W′-（-120°），高度角位置差ΔH=H′-90°。
第三步：利用第二步计算出来的位置差（ΔW，ΔH）驱动跟踪器，其中位置差即是驱动行程，有别于人工的方法，利用跟踪器自己驱动规定的行程精度是毋庸置疑的。本系统采用自带霍尔传感器的直流电机，电机转动一周产生两个信号，电机的后级是型星减速器，普通的减速比为1:234，这样电机需要转动234周，减速器的转轴才会转动一周；在减速器的后一级是涡轮，一般为62，这样减速器的转轴转动62周，涡轮才会转动1周。涡轮带动帆板转动，也就是涡轮转动的角度就是帆板转动的角度，这样算下来360/（2*234*62）= 0.0124就是每个信号对应的太阳能帆板转动的角度，从而实现了将精度不可控的人工寻找转换为高精度可靠的机器自动寻找。
第四步：安装，太阳跟踪器将行程（ΔW，ΔH）走完后会自动停止，如图4所示，此时在太阳跟踪器上安装接近开关1以及与接近开关1对应配合的铝感应块2，接近开关和太阳跟踪器的转盘同步旋转，当走到基准点的位置停下来后调整铝感应块从左到右滑动直到刚好使接近开关输出感应信号为止，最后再将铝感应块2固定在滑动导轨3上，以后太阳跟踪器每天的第一次启动都从接近开关限定的基准点开始出发，至此寻找基准点的操作完成。由于设备具有存储功能，在每次跟踪过后会自动存储自身当前的位置，所以下一次的驱动会根据上一次存储的结果来执行，这样系统就不会因为停电或者人为断电而导致无法跟踪。而由于安装中，铝感应块为人工手动安装，故需要采用本发明的校正方法对铝感应块安装过程中产生的误差进行消除。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.基于双涡杆转盘的太阳跟踪器的基准点校正方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：手动控制太阳跟踪器对准太阳，将光线垂直测量仪放置于太阳跟踪器的太阳能帆板上，在光线垂直测量仪的阴影看不到时启动校正；
第二步：在启动校正后系统计算出当前太阳位置，并确定此时为太阳跟踪器的位置，假设当前位置为（W，H），将位置直接换算为脉冲步数（Sw，Sh）；
第三步：驱动太阳跟踪器回到基准点，并记录下驱动过程中的脉冲总数（Sw0，Sh0）；
第四步：将上述第二步和第三步的脉冲数相减得到的差值即是铝感应块安装产生的误差（δsw，δsh），将该组数据存入系统EEPROM，然后每次上电启动的时候调入RAM，跟踪时直接用驱动脉冲减去或加上该脉冲即可；
所述第三步中，太阳跟踪器的转盘由动力电机和精控电机同时驱动，且动力电机和精控电机始终保持转动方向相反的驱动状态，其驱动方法具体为：
第一步：假设太阳跟踪器向西驱动行程为x度，利用减速比k转换为驱动脉冲为Ds=x*360/k个脉冲信号；
第二步：精控电机先反转启动，行程为Ds，动力电机在精控电机启动ss个脉冲后正转启动，不设置行程，其中，ss必须小于电机驱动的蜗杆与涡轮的齿轮缝隙所对应的脉冲数；
第三步：当精控电机驱动Ds完成后立即停止，此时动力电机与精控电机的驱动距离差最大为ss，最小为0；为0表示精控电机和动力电机驱动的蜗杆齿轮紧紧贴着蜗轮的齿轮，为无间隙状态，为ss则表明为有间隙状态；
第四步：消除ss，第三步的结果为0～ss之间，当精控电机停下来后动力电机继续驱动，如果间隙为0，那么电机转动困难，输出脉冲的频率会大幅度下降；如果间隙为ss，那么动力电机会继续转动ss个脉冲后间隙达到0，电机同样会转动困难甚至停转，输出脉冲频率会陡然下降最后归零；控制器通过检测动力电机输出脉冲的频率变化得知当前的间隙是否已经被消除完毕；若太阳跟踪器向东驱动，则动力电机和精控电机的动作相反。
2.根据权利要求1所述的基于双涡杆转盘的太阳跟踪器的基准点校正方法，其特征在于：在太阳跟踪器驱动方法的第四步中，当电机输出脉冲频率降低为正常值的1/5～1/3之间时，就可以立即停止电机驱动了，此时已是无间隙状态。
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| 太阳集热器跟踪台的设计与控制;郑小年;《中国机械工程》;20030630;第14卷(第12期);第1007-1009段 * |
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