CN105929852B - 一种追日装置控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种追日装置控制方法，其中硬件结构包括两个关节臂、两个关节驱动装置、两个角位移传感器、控制器和底座。在硬件基础之上，由控制器根据太阳视日运动计算获得的太阳光线入射角度，计算出两个关节臂需转动的目标角度，然后控制关节臂向目标角度运动。为了提高动作效率，运动控制阶段由控制器控制两个关节臂联动，使其同时达到目标角度。其中两个角位移传感器实时检测关节臂的转动角度并反馈回控制器，形成半闭环控制。保证了追踪过程的高效性，追踪结果的准确性。

Description

一种追日装置控制方法
技术领域
本发明属于太阳能开发应用领域，特别涉及一种追日装置控制方法。
背景技术
随着环保意识的逐渐提高以及一些传统能源的枯竭，人们越来越关注清洁、可再生能源的开发和使用。地球上太阳能资源丰富，方便采集，使用过程中不会产生污染，是清洁能源的理想选择。目前主要利用太阳能电池板获取太阳能。为了提高太阳能电池板转换能量的效率，要使太阳的光线始终垂直于太阳能电池板，即要求太阳能电池板追随太阳动作。
目前对太阳进行追踪的方式主要有两种。一种是采用光敏原件感知太阳方位的被动追踪方式；另一种是采用太阳运行轨道计算得出实时太阳方位的主动追踪方式。但基于所获得的太阳方位信息去控制追踪装置，最终达到的追踪效果却与追踪装置运动控制方式息息相关。而现有的技术多侧重于太阳方位信息的获取，未提出对追日装置控制的技术方法。
综上所述，现有追日装置控制存在不足，难以保证追踪的精度和效率。
发明内容
有鉴于此，针对现有技术的不足，本发明提出了一种追日装置控制方法。
本发明支撑控制方法的硬件结构包括上端关节臂(8)、上端关 节驱动装置(1)、上端角位移传感器(7)、下端关节臂(6)、下端关节驱动装置(5)、下端角位移传感器(2)、控制器(3)和底座(4)；其中，所述上端关节驱动装置(1)和下端关节驱动装置(5)的轴端分别对应安装有所述上端角位移传感器(7)和下端角位移传感器(2)；所述上端关节驱动装置(1)转动轴与所述下端关节驱动装置(5)的转动轴垂直安装。
基于上述结构，本发明的控制过程如下：所述控制器(3)根据太阳视日运动计算获得的太阳实时高度角和方位角，计算出上端关节臂(8)和下端关节臂(6)需转动的目标角度，计算公式为：
其中，θ1上端关节驱动装置(1)运动目标角度；θ2为下端关节驱动装置(5)运动目标角度；为太阳高度角；δ为太阳方位角。
所述控制器(3)根据上端角位移传感器(7)和下端角位移传感器(2)反馈回的关节驱动装置的实际转动角度，控制上端关节驱动装置(1)和下端关节驱动装置(5)向目标角度运动，最后达到目标角度，形成半闭环控制。最终使上端关节臂(8)的上表面法线(9)指向太阳。
所述上端关节驱动装置(1)和下端关节驱动装置(5)向目标角度运动的过程采用联动的方式。首先计算双轴联动的比例系数，公式为：
其中，k为双轴联动的比例系数；γ1为上端关节驱动装置(1)当前角度；γ2为下端关节驱动装置(5)当前角度；θ1上端关节驱动装置(1)运动目标角度；θ2为下端关节驱动装置(5)运动目标角度。将计算出的双轴联动的比例系数k进行处理。取k的整数部分值为k1，取k的小数部分值为k2。所述控制器(3)控制所述下端关节驱动装置(5)每走1个步长，所述上端关节驱动装置(1)走k1个步长。数值k2则在每次动作过程中进行累加，当累加结果不小于1时，则上端关节驱动装置(1)补偿输出1个步长，对应的累加结果减1，减1后的差值继续用于下一次累加。
本发明的优点如下：本发明安装有角位移传感器，能够反馈实时转角信息，构成半闭环控制，能有效保证对太阳的追踪精度。采用双轴联动的方式向目标角度运动，相对单轴顺序运动，动作效率高，运动过程平稳。
附图说明
图1为一种追日装置示意图。
图中，1—上端关节驱动装置，2—下端角位移传感器，3—控制器，4—底座，5—下端关节驱动装置，6—下端关节臂，7—上端角位移传感器，8—上端关节臂，9—上端关节臂(8)的上表面法线。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
典型具体实施方式如下：如图1所示，将追日装置的Y轴与地理方位的正南方向平行安装。根据装置安装的地理位置，所述控制器 (3)可通过太阳视日运动计算获得太阳实时高度角和方位角δ，再计算出上端关节驱动装置(1)运动目标角度θ1和下端关节驱动装置(5)运动目标角度θ2，计算公式为：
接下来，所述控制器(3)根据计算的目标角度控制上端关节驱动装置(1)和下端关节驱动装置(5)向目标角度运动。首先通过上端角位移传感器(7)和下端角位移传感器(2)获取上端关节驱动装置(1)当前所处角度γ1和下端关节驱动装置(5)当前所处角度γ2，然后计算出控制双轴联动的比例系数k，计算公式为：
取出系数k的整数部分值k1和小数部分值k2。接下来所述控制器(3)控制下端关节驱动装置(5)转动1个步长，然后上端关节驱动装置(1)转动k1个步长，将数值k2与累加数存储器中的数值求和(第一次动作累加数存储器中数值为0)，并将结果存于累加数存储器中。判断累加数存储器中的数值是否小于1，如果不小于1，则控制上端关节驱动装置(1)转动1个步长，累加数存储器中的值减1；如果小于1，则跳过上述环节。最后根据上端角位移传感器(7)和下端角位移传感器(2)反馈回的转角值判断是否到达目标角度，如果没有达到目标角度则进入下一个循环；如果达到目标角度则停止动作。最终结果使上端关节臂(8)的上表面法线(9)指向太阳。
本发明的工作原理详细分析如下：按照图1所示建立的追日装置坐标系，当装置按照预定的方式安装固定以后，当上端关节臂(8)和下端关节臂(6)均平行于Z坐标轴时，两个关节臂的转角为0°。此时上端关节臂(8)的上表面法线(9)指向的矢量方向与上端关节臂(8)和下端关节臂(6)的转动角度存在函数对应的关系。所以要使上端关节臂(8)的上表面法线(9)指向太阳时，可以求解出上端关节驱动装置(1)运动目标角度θ1和下端关节驱动装置(5)运动目标角度θ2。在联动控制中，由于计算出的比例系数K不能保证为整数，而在运动控制过程中只能控制驱动装置转动整数倍的步长。因此每次上端关节驱动装置(1)只转动k的整数部分值k1个步长，而其小数部分k2如果丢失，由于误差的累积，最终将会产生很大误差。所以在每次循环中将小数部分k2进行累加，当累加结果达到最小能够输出的量，即1个步长，则马上使上端关节驱动装置(1)转动1个步长，进行误差的补偿。最终使误差控制在一个步长以内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变形属于本发明的权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变形在内。

Claims (1)

1.一种追日装置控制方法，其特征在于：支撑所述控制方法的结构包括上端关节臂(8)、上端关节驱动装置(1)、上端角位移传感器(7)、下端关节臂(6)、下端关节驱动装置(5)、下端角位移传感器(2)、控制器(3)和底座(4)；所述上端关节驱动装置(1)和下端关节驱动装置(5)的轴端分别对应安装有所述上端角位移传感器(7)和下端角位移传感器(2)；所述上端关节驱动装置(1)转动轴与所述下端关节驱动装置(5)的转动轴垂直安装；
所述控制器(3)根据太阳视日运动计算获得的太阳实时高度角和方位角，计算出上端关节臂(8)和下端关节臂(6)需转动的目标角度， 控制器(3)根据上端角位移传感器(7)和下端角位移传感器(2)反馈回的关节驱动装置的实际转动角度，控制上端关节驱动装置(1)和下端关节驱动装置(5)向目标角度运动，最后达到目标角度，形成半闭环控制， 最终使上端关节臂(8)的上表面法线(9)指向太阳；
所述上端关节驱动装置(1)和下端关节驱动装置(5)向目标角度运动的过程采用联动的方式,联动控制方式如下：
其中，k为双轴联动的比例系数；γ1为上端关节驱动装置(1)当前角度；γ2为下端关节驱动装置(5)当前角度；θ1上端关节驱动装置(1)运动目标角度；θ2为下端关节驱动装置(5)运动目标角度,将计算出的双轴联动的比例系数k进行处理，取k的整数部分值为k1，取k的小数部分值为k2,所述下端关节驱动装置(5)每走1个步长，所述上端关节驱动装置(1)走k1个步长,数值k2则在每次动作过程中进行累加，当累加结果不小于1时，则上端关节驱动装置(1)补偿输出1个步长，对应的累加结果减1，减1后的差值继续用于下一累加。
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