CN105320157B - 基于双涡杆转盘的太阳跟踪器的驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双涡杆转盘的太阳跟踪器的驱动方法，所述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。本发明将双蜗杆转盘用于太阳跟踪器上，为太阳跟踪器转盘提供了更大的驱动力，而且还能够靠两个电机的配合实现精确定位的同时消除齿轮间隙，从而大大提高了太阳跟踪器的跟踪精度，使其满足应用于高倍聚光组件的要求。

Description

基于双涡杆转盘的太阳跟踪器的驱动方法

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驱动方法。

背景技术

太阳跟踪器发展至今已经有若干年了，常见的驱动装置从液压，推杆，再到转盘各自都有一定的局限性。液压驱动装置太贵，难以推广；推杆便宜但是难以应用到方位角驱动上，应用受限；转盘既便宜也能同时应用到方位角和高度角，但是长年应用齿轮间隙增大，不适合高倍聚光。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种既能精确定位也能消除齿轮间隙的基于双涡杆转盘的太阳跟踪器的驱动方法。

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驱动方法，其特征在于：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驱动方法，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。

本发明所述的基于双涡杆转盘的太阳跟踪器的驱动方法，其在所述太阳跟踪器回位驱动时，所述动力电机和精控电机的转速差异使回位过程中太阳跟踪器的转盘产生跟踪间隙，对于转盘回位时产生的误差进行消除，其消除方法为：

第一步：当太阳跟踪器的转盘回位且东限位开关有效时，动力电机停止驱动，而精控电机朝跟踪方向继续驱动，限位开关脱离铝感应块，直到转盘的跟踪间隙消除为止；

第二步：经过上述步骤后，太阳跟踪器已经没有在基准点位置，此时再次按照正常情况进行回位驱动；

第三步：重复上面两步，使太阳跟踪器无限靠近基准点的同时，太阳跟踪器转盘的间隙也逐步消除，直到循环过程中第二步经过精控电机朝跟踪方向驱动后，限位开关也没有脱离铝感应块为止，此时既消除了太阳跟踪器转盘的回位间隙，又使太阳跟踪器处于基准点位置。

本发明将双蜗杆转盘用于太阳跟踪器上，为太阳跟踪器转盘提供了更大的驱动力，而且还能够靠两个电机的配合实现精确定位的同时消除齿轮间隙，从而大大提高了太阳跟踪器的跟踪精度，使其满足应用于高倍聚光组件的要求。

具体实施方式

下面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。

实施例：基于双涡杆转盘的太阳跟踪器的驱动方法，所述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，当电机输出脉冲平率降低为正常值的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。

其中，在所述太阳跟踪器回位驱动时，所述动力电机和精控电机的转速差异使回位过程中太阳跟踪器的转盘产生跟踪间隙，对于转盘回位时产生的误差进行消除，其消除方法为：

第一步：当太阳跟踪器的转盘回位且东限位开关有效时，动力电机停止驱动，而精控电机朝跟踪方向继续驱动，限位开关脱离铝感应块，直到转盘的跟踪间隙消除为止；

第二步：经过上述步骤后，太阳跟踪器已经没有在基准点位置，此时再次按照正常情况进行回位驱动；

第三步：重复上面两步，使太阳跟踪器无限靠近基准点的同时，太阳跟踪器转盘的间隙也逐步消除，直到循环过程中第二步经过精控电机朝跟踪方向驱动后，限位开关也没有脱离铝感应块为止，此时既消除了太阳跟踪器转盘的回位间隙，又使太阳跟踪器处于基准点位置。

在消除太阳跟踪器回位误差的第二步中所述的基准点，其寻找方法具体为：

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，此时在太阳跟踪器上安装限位开关以及与限位开关对应配合的铝感应块，限位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限位开关输出感应信号为止，最后再将铝感应块固定在滑动导轨上，以后太阳跟踪器每天的第一次启动都从限位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。

在安装铝感应块后，需要对铝感应块安装时产生的误差进行校正，其校正方法为：

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。

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驱动方法，其特征在于：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；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。

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驱动方法，其特征在于：在所述太阳跟踪器回位驱动时，所述动力电机和精控电机的转速差异使回位过程中太阳跟踪器的转盘产生跟踪间隙，对于转盘回位时产生的误差进行消除，其消除方法为：

第一步：当太阳跟踪器的转盘回位且东限位开关有效时，动力电机停止驱动，而精控电机朝跟踪方向继续驱动，限位开关脱离铝感应块，直到转盘的跟踪间隙消除为止；

第二步：经过上述步骤后，太阳跟踪器已经没有在基准点位置，此时再次按照正常情况进行回位驱动；

第三步：重复上面两步，使太阳跟踪器无限靠近基准点的同时，太阳跟踪器转盘的间隙也逐步消除，直到循环过程中第二步经过精控电机朝跟踪方向驱动后，限位开关也没有脱离铝感应块为止，此时既消除了太阳跟踪器转盘的回位间隙，又使太阳跟踪器处于基准点位置。