CN107015574B - 多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构，包括支撑立柱，支撑立柱的顶部通过可改变极轴俯仰角度的俯仰旋转支撑结构连接有极轴，极轴上部两端设置有相互平行的横梁，两个横梁以及与横梁固接的支撑框架通过极轴两端的滚转支撑结构连接到极轴；其中一个横梁的两端底部分别设置有第一驱动装置和第二驱动装置，极轴远离第一驱动装置的一端下部设置有第三驱动装置。本发明还公开了多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构的设计方法。本发明多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构，省掉了繁琐的机械式软绳张紧装置，不但简化了机械结构减少成本，还可以保证牵拉软绳长期运行中的张力稳定，通过张紧力自动控制来提高跟踪支架的工作稳定性。

Description

多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构及其设计方法

技术领域

本发明属于太阳跟踪系统技术领域，具体涉及一种多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构，本发明还涉及上述装置的设计方法。

背景技术

自动太阳跟踪系统广泛应用于太阳能光伏发电和太阳能光热发电领域。其功能是通过自动控制器调整跟踪支架的工作角度，使支架上的承载物(通常为光伏电池板或者反光镜)实时跟踪太阳的空间位置，达到最大化接收太阳辐射能量的目的。太阳跟踪系统主要由“机械支撑结构”、“驱动装置”和“自动跟踪控制器”三大部分构成。由于太阳相对于地球上的太阳跟踪装置是一个二维空间运动，完全跟踪太阳轨迹需要两个独立自由度的跟踪“驱动装置”同时动作。

自动太阳跟踪系统的“驱动装置”是将电能(或者液压能)转换为机械能，驱动跟踪支架进行旋转运动的机电一体化装置。

自动太阳跟踪系统的“驱动装置”通常采用“盘式减速机”和“电动推杆”的形式，它们分别存在以下主要问题。盘式减速机存在齿轮啮合间隙，大风来临时，中心驱动部分的间隙会导致支架晃动；由于啮合间隙处于旋转中心，较小的间隙即可引起支架外沿剧烈的晃动，从而损伤支架上面承载的电池板和反光镜；而且支架长时间的晃动也会损伤盘式减速机齿面，导致使用寿命下降。电动推杆的伸缩杆与固定套筒之间存在密封问题，野外长期运行容易因沙尘、雨水等杂物侵入而损坏，工作稳定性较差。

自动太阳跟踪系统的另一种驱动方式是软绳牵拉式，该方法采用软绳在太阳跟踪支架外侧牵拉跟踪支架，通过软绳的伸缩牵拉使跟踪支架绕支撑轴做旋转运动，是一种抗风能力比较强的太阳跟踪支架“驱动装置”结构形式。由于不同支架姿态下牵拉软绳的总长度不恒定，目前软绳牵拉式光伏跟踪系统均配备有软绳张紧装置。常用的张紧装置包括张紧轮、弹簧和渐开线轮等。但由于机械张紧装置的结构复杂导致软绳牵拉式驱动机构制造成本高且运行稳定性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构，解决了现有技术中存在的软绳牵拉式跟踪支架的机械张紧装置结构复杂成本高的问题，并可提高跟踪支架的工作稳定性。

本发明的另一个目的是提供上述装置的设计方法。

本发明所采用的第一种技术方案是：多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构，包括支撑立柱，支撑立柱的顶部通过可改变极轴俯仰角度的俯仰旋转支撑结构连接有极轴，极轴上部两端设置有相互平行的横梁，两个横梁以及与横梁固接的支撑框架通过极轴两端的滚转支撑结构连接到极轴；其中一个横梁的两端底部分别设置有第一驱动装置和第二驱动装置，极轴远离第一驱动装置的一端下部设置有第三驱动装置。

本发明第一种技术方案的特点还在于：

第三驱动装置包括第三驱动机构、第三软绳、第三驱动电机，第三软绳的其中一端连接有第三拉力传感器；

第三软绳的一端连接在极轴的一端，第三软绳的另一端与第三驱动机构连接，第三驱动机构与第三驱动电机连接，第三驱动机构和第三驱动电机安装在支撑立柱上，或者第三驱动机构和第三驱动电机安装在地面的独立地基上；

或者第三驱动机构与第三驱动电机连接，第三驱动机构和第三驱动电机安装在极轴的一端，第三驱动机构连接第三软绳的一端，第三软绳的另一端与支撑立柱连接；

第三拉力传感器、第三驱动电机通过信号与跟踪控制器连接。

第一驱动装置包括第一驱动机构、第一软绳、第一驱动电机，第一软绳的其中一端连接有第一拉力传感器；

第一软绳的一端连接在其中一个横梁的一端，第一软绳的另一端与第一驱动机构连接，第一驱动机构与第一驱动电机连接，第一驱动机构和第一驱动电机安装在支撑立柱上，或者第一驱动机构和第一驱动电机安装在地面的独立地基上；

或者第一驱动机构与第一驱动电机连接，第一驱动机构和第一驱动电机安装在横梁的一端，第一驱动机构连接第一软绳的一端，第一软绳的另一端与支撑立柱连接；

第一拉力传感器、第一驱动电机通过信号与跟踪控制器连接。

第二驱动装置包括第二驱动机构、第二软绳、第二驱动电机，第二软绳的其中一端连接有第二拉力传感器；

第二软绳的一端连接在其中一个横梁的另一端，第二软绳的另一端与第二驱动机构连接，第二驱动机构与第二驱动电机连接，第二驱动机构和第二驱动电机安装在支撑立柱上，或者第二驱动机构和第二驱动电机安装在地面的独立地基上；

或者第二驱动机构与第二驱动电机连接，第二驱动机构和第二驱动电机安装在横梁的另一端，第二驱动机构连接第二软绳的一端，第二软绳的另一端与支撑立柱连接；

第二拉力传感器、第二驱动电机通过信号与跟踪控制器连接。

滚转支撑结构的滚转轴上安装有滚转角传感器，同时俯仰旋转支撑结构的俯仰轴上安装有俯仰角传感器，滚转角传感器、俯仰角传感器通过信号与跟踪控制器连接；

或者横梁或支撑框架上安装有基于重力的姿态角传感器，姿态角传感器通过信号与跟踪控制器连接。

本发明所采用的第二种技术方案是：多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构的设计方法，具体为：在地面上竖直安装支撑立柱，支撑立柱的顶部通过可改变极轴俯仰角度的俯仰旋转支撑结构安装极轴，在极轴上部两端设置相互平行的横梁，将两个横梁以及与横梁固接的支撑框架通过极轴两端的滚转支撑结构连接到极轴，横梁与支撑框架能绕极轴进行滚转；在其中一个横梁的两端底部分别设置第一驱动装置和第二驱动装置，在极轴远离第一驱动装置的一端下部设置第三驱动装置，第一驱动装置和第二驱动装置用于支架的二维姿态控制，第三驱动装置用于张紧力控制。

在远离所述第一驱动装置的一侧设置2套或者多套驱动装置，多套驱动装置的结构设计方式与第三驱动装置的方式相同。

第三驱动装置包括第三驱动机构、第三软绳、第三驱动电机，在第三软绳的其中一端上连接第三拉力传感器；

将第三软绳的一端连接在极轴的一端，第三软绳的另一端与第三驱动机构连接，第三驱动机构与第三驱动电机连接，将第三驱动机构和第三驱动电机安装在支撑立柱上，或者将第三驱动机构和第三驱动电机安装在地面的独立地基上；

或者第三驱动机构与第三驱动电机连接，将第三驱动机构和第三驱动电机安装在极轴的一端，将第三驱动机构连接第三软绳的一端，第三软绳的另一端与支撑立柱连接；

将第三拉力传感器、第三驱动电机通过信号与跟踪控制器连接。

第一驱动装置包括第一驱动机构、第一软绳、第一驱动电机，在第一软绳的其中一端上连接第一拉力传感器；

将第一软绳的一端连接在其中一个横梁的一端，第一软绳的另一端与第一驱动机构连接，第一驱动机构与第一驱动电机连接，将第一驱动机构和第一驱动电机安装在支撑立柱上，或者将第一驱动机构和第一驱动电机安装在地面的独立地基上；

或者第一驱动机构与第一驱动电机连接，将第一驱动机构和第一驱动电机安装在横梁的一端，将第一驱动机构连接第一软绳的一端，第一软绳的另一端与支撑立柱连接；

将第一拉力传感器、第一驱动电机通过信号与跟踪控制器连接。

第二驱动装置包括第二驱动机构、第二软绳、第二驱动电机，在第二软绳的其中一端上连接第二拉力传感器；

将第二软绳的一端连接在其中一个横梁的另一端，第二软绳的另一端与第二驱动机构连接，第二驱动机构与第二驱动电机连接，将第二驱动机构和第二驱动电机安装在支撑立柱上，或者将第二驱动机构和第二驱动电机安装在地面的独立地基上；

或者第二驱动机构与第二驱动电机连接，将第二驱动机构和第二驱动电机安装在横梁的另一端，将第二驱动机构连接第二软绳的一端，第二软绳的另一端与支撑立柱连接；

将第二拉力传感器、第二驱动电机通过信号与跟踪控制器连接。

在滚转支撑结构的滚转轴上安装有滚转角传感器，同时在俯仰旋转支撑结构的俯仰轴上安装有俯仰角传感器，将滚转角传感器、俯仰角传感器通过信号与跟踪控制器连接；

或者在横梁或支撑框架上安装基于重力的姿态角传感器，姿态角传感器通过信号与跟踪控制器连接。

本发明的有益效果是：本发明多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构及其设计方法，在通过牵拉绳长度控制跟踪支架工作角度的基础上，增加拉力传感器反馈测量牵拉软绳的张紧状态，再通过控制器驱动驱动电机，进而调整软绳的驱动拉力，达到调整跟踪角度和张紧软绳的双重目的。本发明多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构，省掉了繁琐的机械式软绳张紧装置，不但简化了机械结构减少成本，还可以保证牵拉软绳长期运行中的张力稳定。

附图说明

图1是本发明多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构的结构示意图；

图2是本发明多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构中三个驱动装置的俯视图；

图3是本发明多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构中角度测量传感器的安装示意图；

图4是本发明多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构中驱动装置安装在独立地基上的示意图。

图中，1.横梁，2.极轴，3.支撑立柱，4.第一拉力传感器，5.第二拉力传感器，6.第三拉力传感器，7.第一驱动机构，8.第二驱动机构，9.第三驱动机构，10.第一软绳，11.第二软绳，12.第三软绳，13.姿态角传感器，14.滚转支撑结构，15.俯仰旋转支撑结构，16.第一驱动电机，17.第二驱动电机，18.第三驱动电机，19.承载框架，20.跟踪控制器，21.滚转角传感器，22.俯仰角传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构的最简化形式为采用三根软绳的驱动结构，通过三根软绳的长度作为控制量分别控制极轴倾角、横梁滚转角和软绳张紧力三个工作参数。当三绳扩展为多绳时，每增加一个驱动绳需要对应增加一个拉力传感器。

以下以最简化的三绳牵拉系统为例进行详细说，其中附图也是三绳牵拉。

本发明多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构，如图1-4所示，包括支撑立柱3，支撑立柱3的顶部通过可改变极轴俯仰角度的俯仰旋转支撑结构15连接有极轴2，极轴2上部两端设置有相互平行的横梁1，两个横梁1以及与横梁1固接的支撑框架19通过极轴2两端的滚转支撑结构14连接到极轴2；

支撑框架19结构可以为：包括在极轴2上方设置的可绕极轴2滚转的滚转板23，极轴2与滚转板23通过极轴2两端的滚转支撑结构14连接，滚转板23的两端设置有相互平行的横梁1，横梁1与滚转板23垂直，横梁1的上设置有支撑板，支撑板可以为两根，可以为多根，可以与极轴2平行，也可以为三角形结构；

支撑框架19结构还可以为：在极轴2两端设置两个支撑，极轴2两端端部直接设置两个对称的横梁1，横梁1可以绕极轴2转动，横梁1上再搭上支撑板，即不需要设置滚转板23也可实现横梁1及支撑框架19的转动。

支撑框架19是用于支撑上部的电池板或者镜子的机械结构，支撑框架19的具体结构根据受力情况具体而定的，不限于上述列举结构。

其中一个横梁1的两端底部分别设置有第一驱动装置和第二驱动装置，极轴2远离第一驱动装置的一端下部设置有第三驱动装置。

第一驱动装置包括第一驱动机构7、第一软绳10、第一驱动电机16，第一软绳10的其中一端连接有第一拉力传感器4；第一软绳10的一端连接在其中一个横梁1的一端，第一软绳10的另一端与第一驱动机构7连接，第一驱动机构7与第一驱动电机16连接，第一驱动机构7和第一驱动电机16安装在支撑立柱3上，或者第一驱动机构7和第一驱动电机16安装在地面的独立地基上；

或者第一驱动机构7与第一驱动电机16连接，第一驱动机构7和第一驱动电机16安装在横梁1的一端，第一驱动机构7连接第一软绳10的一端，第一软绳10的另一端与支撑立柱3连接；第一拉力传感器4、第一驱动电机16通过信号与跟踪控制器20连接。

即第一拉力传感器4既可安装在第一软绳10连接横梁1的一端，也可安装在第一软绳10连接第一驱动结构7的一端；第一拉力传感器4既可直接与横梁1或者支撑立柱3连接，也可安装在第一驱动结构7上。

第二驱动装置包括第二驱动机构8、第二软绳11、第二驱动电机17，第二软绳11的其中一端连接有第二拉力传感器5；第二软绳11的一端连接在其中一个横梁1的另一端，第二软绳11的另一端与第二驱动机构8连接，第二驱动机构8与第二驱动电机17连接，第二驱动机构8和第二驱动电机17安装在支撑立柱3上，或者第二驱动机构8和第二驱动电机17安装在地面的独立地基上；

或者第二驱动机构8与第二驱动电机17连接，第二驱动机构8和第二驱动电机17安装在横梁1的另一端，第二驱动机构8连接第二软绳11的一端，第二软绳11的另一端与支撑立柱3连接；第二拉力传感器5、第二驱动电机17通过信号与跟踪控制器20连接。

即第二拉力传感器5既可安装在第二软绳11连接横梁1的一端，也可安装在第二软绳11连接第二驱动结构8的一端；第二拉力传感器5既可直接与横梁1或者支撑立柱3连接，也可安装在第二驱动结构8上。

第一驱动机构7和第二驱动机构8同时收绳(绳长变短)时极轴的俯仰角度变小，极轴水平为角度0；第一驱动机构7和第二驱动机构8同时放绳(绳长变长)时极轴的俯仰角度增大，极轴垂直时为角度90；第一驱动机构7和第二驱动机构8一个收绳另一个放绳时，横梁1通过滚转支撑结构14绕极轴发生滚转。

第三驱动装置包括第三驱动机构9、第三软绳12、第三驱动电机18，第三软绳12的其中一端连接有第三拉力传感器6；第三软绳12的一端连接在极轴2的一端，第三软绳12的另一端与第三驱动机构9连接，第三驱动机构9与第三驱动电机18连接，第三驱动机构9和第三驱动电机18安装在支撑立柱3上，或者第三驱动机构9和第三驱动电机18安装在地面的独立地基上；

或者第三驱动机构9与第三驱动电机18连接，第三驱动机构9和第三驱动电机18安装在极轴2的一端，第三驱动机构9连接第三软绳12的一端，第三软绳12的另一端与支撑立柱3连接；第三拉力传感器6、第三驱动电机18通过信号与跟踪控制器20连接。

即第三拉力传感器6既可安装在第三软绳12连接极轴2的一端，也可安装在第三软绳12连接第三驱动结构9的一端；第三拉力传感器6既可直接与极轴2或者支撑立柱3连接，也可安装在第三驱动结构9上。

上述的三个拉力传感器均可采用具有开关信号输出功能的拉力开关或具有连续拉力值输出的拉力计。

第三拉力传感器6、第三软绳12与第三驱动机构9构成拉力闭环控制系统，用于张紧第一软绳10、第二软绳11和第三软绳12。

由第三拉力传感器6、第三软绳12与第三驱动机构9构成的张紧力控制系统只使用一套是最简结构，即本发明附图中所示的三绳牵拉，也可以使用2套甚至多套，用于连接在横梁1或者支撑框架19的不同位置提高本发明结构的稳定性。在多绳牵拉驱动机构中，有两根牵拉绳(即第一软绳10和第二软绳11)用于支架的二维姿态控制，其余多出的牵拉绳(软绳)均用于张紧力控制。

具体实施时第一软绳10、第二软绳11和第三软绳12，以及可能存在的其它多个软绳均可以采用钢丝绳、尼龙绳或者链条等可以承载拉力并可卷曲的绳状设备。

本发明的多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构在实际工作中需要始终保持牵拉绳的张紧状态，避免风载或其它扰动影响实际跟踪角度。因此需要预设一个软绳拉力的设定值，同时安装拉力传感器测量软绳上的牵拉力，构成闭环拉力控制系统。从上面结构的论述中，可以看出在本发明的结构中，三根牵拉绳上的张紧力具有相关性，可以有不同的安装方案。

软绳拉力测量方案1：

只安装第三拉力传感器6，此时控制系统的操作变量有三个，分别是三根牵拉软绳的长度，控制系统的被控制变量为极轴俯仰角θ、横梁滚转角和第三软绳拉力F₃，构成三入三出的耦合控制系统。

软绳拉力测量方案2：

同时安装第一拉力传感器4和第二拉力传感器5，使用两个传感器测量的拉力F₁和F₂的平均值作为拉力控制环路的测量值。同时根据两个拉力F₁和F₂之间的差值计算出电池板面承受的风压差，进而根据风压差调整软绳拉力的设定值，达到大风来临时自动提高张紧拉力的功能。

软绳拉力测量方案3：

安装第一拉力传感器4、第二拉力传感器5和第三拉力传感器6，三个传感器构成一个复合传感器系统，工作时以F₁、F₂和F₃的综合均值作为拉力控制环路的测量值。根据两个拉力F₁和F₂之间的差值自动调整软绳拉力的设定值，同时三个传感器构成一个三冗余结构，任意有一个传感器损坏后，根据三个传感器之间的拉力转换关系自动识别故障的传感器。在剔除故障传感器后自动切换到拉力测量方案1或者拉力测量方案2的方式进行工作。

本发明的多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构在实际工作中需要测量跟踪支架的工作姿态，跟踪支架工作姿态包括极轴俯仰角θ和横梁滚转角该跟踪角度的测量可以采用两种不同的方案。

角度测量方案1：

在横梁1或支撑框架19上安装有基于重力的姿态角传感器13，姿态角传感器13可采用基于重力方向检测的三轴重力传感器，或者三轴重力与三轴陀螺复合的多轴空间姿态传感器，姿态角传感器13通过信号与跟踪控制器20连接。该姿态传感器13根据重力加速度在三个正交坐标轴上的加速度分量解算出三个坐标轴与重力方向的夹角，进而求解出极轴俯仰角θ和横梁滚转角在此方案中还可增加多轴陀螺，通过测量旋转角速度来提高传感器的动态性能。

跟踪控制器20可以与姿态角传感器13整合为一个整体，为一个整体时须安装在横梁1或支撑框架19上，随他们一起运动；而跟踪控制器20与姿态角传感器13分开时，可以安装在任意地方。

角度测量方案2：

在滚转支撑结构14的滚转轴上安装有滚转角传感器21，同时俯仰旋转支撑结构15的俯仰轴上安装有俯仰角传感器22，滚转角传感器21、俯仰角传感器22通过信号与跟踪控制器20连接；滚转角传感器21、俯仰角传感器22两个传感器联合测量支架姿态，即通过滚转角传感器21和俯仰角传感器22两个传感器测量极轴俯仰角θ和横梁滚转角这两个传感器可采用通用的光电、电阻或者磁编码器，测量精度根据光热或者光伏支架跟踪要求确定。

本发明多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构的设计方法，具体为：在地面上竖直安装支撑立柱3，支撑立柱3的顶部通过可改变极轴俯仰角度的俯仰旋转支撑结构15安装极轴(2)，在极轴2上部两端设置相互平行的横梁1，将两个横梁1以及与横梁1固接的支撑框架19通过极轴2两端的滚转支撑结构14连接到极轴2，横梁1与支撑框架19能绕极轴2进行滚转；在其中一个横梁1的两端底部分别设置第一驱动装置和第二驱动装置，在极轴2远离第一驱动装置的一端下部设置第三驱动装置，第一驱动装置和第二驱动装置用于支架的二维姿态控制，第三驱动装置用于张紧力控制。

在远离所述第一驱动装置的一侧设置2套或者多套驱动装置，当设置驱动装置的数量为偶数时，驱动装置的一端固接在支撑框架19或横梁1上，驱动装置对称安装；当设置驱动装置的数量为奇数时，其中一个驱动装置的一端安装在极轴2的下方，其余的对称固接在支撑框架19或横梁1上。此多套驱动装置的结构与第三驱动装置相同。

第三驱动装置包括第三驱动机构9、第三软绳12、第三驱动电机18，在第三软绳12的其中一端上连接第三拉力传感器6；将第三软绳12的一端连接在极轴2的一端，第三软绳12的另一端与第三驱动机构9连接，第三驱动机构9与第三驱动电机18连接，将第三驱动机构9和第三驱动电机18安装在支撑立柱3上，或者将第三驱动机构9和第三驱动电机18安装在地面的独立地基上；或者第三驱动机构9与第三驱动电机18连接，将第三驱动机构9和第三驱动电机18安装在极轴2的一端，将第三驱动机构9连接第三软绳12的一端，第三软绳12的另一端与支撑立柱3连接；将第三拉力传感器6、第三驱动电机18通过信号与跟踪控制器20连接。

第一驱动装置包括第一驱动机构7、第一软绳10、第一驱动电机16，在第一软绳10的其中一端上连接第一拉力传感器4；将第一软绳10的一端连接在其中一个横梁1的一端，第一软绳10的另一端与第一驱动机构7连接，第一驱动机构7与第一驱动电机16连接，将第一驱动机构7和第一驱动电机16安装在支撑立柱3上，或者将第一驱动机构7和第一驱动电机16安装在地面的独立地基上；或者第一驱动机构7与第一驱动电机16连接，将第一驱动机构7和第一驱动电机16安装在横梁1的一端，将第一驱动机构7连接第一软绳10的一端，第一软绳10的另一端与支撑立柱3连接；将第一拉力传感器4、第一驱动电机16通过信号与跟踪控制器20连接。

第二驱动装置包括第二驱动机构8、第二软绳11、第二驱动电机17，在第二软绳11的其中一端上连接第二拉力传感器5；将第二软绳11的一端连接在其中一个横梁1的另一端，第二软绳11的另一端与第二驱动机构8连接，第二驱动机构8与第二驱动电机17连接，将第二驱动机构8和第二驱动电机17安装在支撑立柱3上，或者将第二驱动机构8和第二驱动电机17安装在地面的独立地基上；或者第二驱动机构8与第二驱动电机17连接，将第二驱动机构8和第二驱动电机17安装在横梁1的另一端，将第二驱动机构8连接第二软绳11的一端，第二软绳11的另一端与支撑立柱3连接；将第二拉力传感器5、第二驱动电机17通过信号与跟踪控制器20连接。

在滚转支撑结构14的滚转轴上安装有滚转角传感器21，同时在俯仰旋转支撑结构15的俯仰轴上安装有俯仰角传感器22，将滚转角传感器21、俯仰角传感器22通过信号与跟踪控制器20连接；或者在横梁1或支撑框架19上安装基于重力的姿态角传感器13，姿态角传感器13通过信号与跟踪控制器20连接。

本发明多绳牵拉式太阳跟踪支架驱动系统，其跟踪过程如下：

首先根据太阳实时位置计算获得跟踪支架的目标姿态角度，也就是获得极轴俯仰角和横梁滚转角的目标设定值θ_sp和与当前实测的俯仰角θ和横梁滚转角/>对比后产生角度误差。然后根据角度误差计算出两根姿态控制软绳，第一软绳10和第二软绳11需要收缩或放出的长度，进而通过第一驱动机构7和第二驱动机构8分别调整绳长，使得实测姿态角度达到目标姿态角度的误差许可范围内。

在两根姿态控制软绳调整支架姿态的过程中，软绳拉力传感器实时反馈测量软绳上的拉力(具体测量方法根据不同的软绳拉力测量方案)，并根据实测拉力与预设拉力的误差值，通过第三驱动机构9调整用于张力控制的第三软绳12的收放动作，拉力偏小时收入软绳；拉力偏大时放出软绳，达到自动调整软绳张紧力的目的。

通过两根姿态控制软绳与一根张力控制软绳的共同调整，本发明多绳牵拉式太阳跟踪支架驱动系统可以达到跟踪支架姿态与软绳张紧力控制的双重目的。当需要进一步提高跟踪支架的抗风稳定性时，可以增加张力控制软绳系统的数量，通过增加额外的固定点减少支架的晃动。

为了提高支架的抗风稳定性，如图4所示，可以将第一驱动机构7、第二驱动机构8、第三驱动机构9固定在地面独立的地基上。采用此安装方案后跟踪支架的牵拉支撑点扩大，提高了跟踪支架抗横向风载的能力。

本发明多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构及其设计方法，在通过牵拉绳长度控制跟踪支架工作角度的基础上，增加拉力传感器反馈测量牵拉软绳的张紧状态，再通过控制器驱动驱动电机，进而调整软绳的驱动拉力，达到调整跟踪角度和张紧软绳的双重目的。

本发明多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构，省掉了繁琐的机械式软绳张紧装置，不但简化了机械结构减少成本，还可以保证牵拉软绳长期运行中的张力稳定。

Claims (7)

1.多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构，其特征在于，包括支撑立柱（3），支撑立柱（3）的顶部通过可改变极轴俯仰角度的俯仰旋转支撑结构（15）连接有极轴（2），极轴（2）上部两端设置有相互平行的横梁（1），两个横梁（1）以及与横梁（1）固接的支撑框架（19）通过极轴（2）两端的滚转支撑结构（14）连接到极轴（2）；

其中一个横梁（1）的两端底部分别设置有第一驱动装置和第二驱动装置，极轴（2）远离第一驱动装置的一端下部设置有第三驱动装置；

所述第三驱动装置包括第三驱动机构（9）、第三软绳（12）、第三驱动电机（18），第三软绳（12）的其中一端连接有第三拉力传感器（6）；

第三软绳（12）的一端连接在所述极轴（2）的一端，第三软绳（12）的另一端与第三驱动机构（9）连接，第三驱动机构（9）与第三驱动电机（18）连接，第三驱动机构（9）和第三驱动电机（18）安装在所述支撑立柱（3）上，或者第三驱动机构（9）和第三驱动电机（18）安装在地面的独立地基上；

或者第三驱动机构（9）与第三驱动电机（18）连接，第三驱动机构（9）和第三驱动电机（18）安装在所述极轴（2）的一端，第三驱动机构（9）连接第三软绳（12）的一端，第三软绳（12）的另一端与所述支撑立柱（3）连接；

第三拉力传感器（6）、第三驱动电机（18）通过信号与跟踪控制器（20）连接；

所述滚转支撑结构（14）的滚转轴上安装有滚转角传感器（21），同时所述俯仰旋转支撑结构（15）的俯仰轴上安装有俯仰角传感器（22），滚转角传感器（21）、俯仰角传感器（22）通过信号与跟踪控制器（20）连接；

或者所述横梁（1）或所述支撑框架（19）上安装有基于重力的姿态角传感器（13），姿态角传感器（13）通过信号与跟踪控制器（20）连接。

2.根据权利要求1所述的多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构，其特征在于，所述第一驱动装置包括第一驱动机构（7）、第一软绳（10）、第一驱动电机（16），第一软绳（10）的其中一端连接有第一拉力传感器（4）；

第一软绳（10）的一端连接在其中一个横梁（1）的一端，第一软绳（10）的另一端与第一驱动机构（7）连接，第一驱动机构（7）与第一驱动电机（16）连接，第一驱动机构（7）和第一驱动电机（16）安装在所述支撑立柱（3）上，或者第一驱动机构（7）和第一驱动电机（16）安装在地面的独立地基上；

或者第一驱动机构（7）与第一驱动电机（16）连接，第一驱动机构（7）和第一驱动电机（16）安装在所述横梁（1）的一端，第一驱动机构（7）连接第一软绳（10）的一端，第一软绳（10）的另一端与所述支撑立柱（3）连接；

第一拉力传感器（4）、第一驱动电机（16）通过信号与跟踪控制器（20）连接。

3.根据权利要求1或2所述的多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构，其特征在于，所述第二驱动装置包括第二驱动机构（8）、第二软绳（11）、第二驱动电机（17），第二软绳（11）的其中一端连接有第二拉力传感器（5）；

第二软绳（11）的一端连接在其中一个横梁（1）的另一端，第二软绳（11）的另一端与第二驱动机构（8）连接，第二驱动机构（8）与第二驱动电机（17）连接，第二驱动机构（8）和第二驱动电机（17）安装在所述支撑立柱（3）上，或者第二驱动机构（8）和第二驱动电机（17）安装在地面的独立地基上；

或者第二驱动机构（8）与第二驱动电机（17）连接，第二驱动机构（8）和第二驱动电机（17）安装在所述横梁（1）的另一端，第二驱动机构（8）连接第二软绳（11）的一端，第二软绳（11）的另一端与所述支撑立柱（3）连接；

第二拉力传感器（5）、第二驱动电机（17）通过信号与跟踪控制器（20）连接。

4.多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构的设计方法，其特征在于，具体为：在地面上竖直安装支撑立柱（3），支撑立柱（3）的顶部通过可改变极轴俯仰角度的俯仰旋转支撑结构（15）安装极轴（2），在极轴（2）上部两端设置相互平行的横梁（1），将两个横梁（1）以及与横梁（1）固接的支撑框架（19）通过极轴（2）两端的滚转支撑结构（14）连接到极轴（2），横梁（1）与支撑框架（19）能绕极轴（2）进行滚转；

在其中一个横梁（1）的两端底部分别设置第一驱动装置和第二驱动装置，在极轴（2）远离第一驱动装置的一端下部设置第三驱动装置，第一驱动装置和第二驱动装置用于支架的二维姿态控制，第三驱动装置用于张紧力控制；

在远离所述第一驱动装置的一侧设置2套或者多套驱动装置，多套驱动装置的结构设计方式与第三驱动装置的方式相同；

所述第三驱动装置包括第三驱动机构（9）、第三软绳（12）、第三驱动电机（18），在第三软绳（12）的其中一端上连接第三拉力传感器（6）；

将第三软绳（12）的一端连接在所述极轴（2）的一端，第三软绳（12）的另一端与第三驱动机构（9）连接，第三驱动机构（9）与第三驱动电机（18）连接，将第三驱动机构（9）和第三驱动电机（18）安装在所述支撑立柱（3）上，或者将第三驱动机构（9）和第三驱动电机（18）安装在地面的独立地基上；

或者第三驱动机构（9）与第三驱动电机（18）连接，将第三驱动机构（9）和第三驱动电机（18）安装在所述极轴（2）的一端，将第三驱动机构（9）连接第三软绳（12）的一端，第三软绳（12）的另一端与所述支撑立柱（3）连接；

将第三拉力传感器（6）、第三驱动电机（18）通过信号与跟踪控制器（20）连接。

5.根据权利要求4所述的多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构的设计方法，其特征在于，所述第一驱动装置包括第一驱动机构（7）、第一软绳（10）、第一驱动电机（16），在第一软绳（10）的其中一端上连接第一拉力传感器（4）；

将第一软绳（10）的一端连接在其中一个横梁（1）的一端，第一软绳（10）的另一端与第一驱动机构（7）连接，第一驱动机构（7）与第一驱动电机（16）连接，将第一驱动机构（7）和第一驱动电机（16）安装在所述支撑立柱（3）上，或者将第一驱动机构（7）和第一驱动电机（16）安装在地面的独立地基上；

或者第一驱动机构（7）与第一驱动电机（16）连接，将第一驱动机构（7）和第一驱动电机（16）安装在所述横梁（1）的一端，将第一驱动机构（7）连接第一软绳（10）的一端，第一软绳（10）的另一端与所述支撑立柱（3）连接；

将第一拉力传感器（4）、第一驱动电机（16）通过信号与跟踪控制器（20）连接。

6.根据权利要求4所述的多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构的设计方法，其特征在于，所述第二驱动装置包括第二驱动机构（8）、第二软绳（11）、第二驱动电机（17），在第二软绳（11）的其中一端上连接第二拉力传感器（5）；

将第二软绳（11）的一端连接在其中一个横梁（1）的另一端，第二软绳（11）的另一端与第二驱动机构（8）连接，第二驱动机构（8）与第二驱动电机（17）连接，将第二驱动机构（8）和第二驱动电机（17）安装在所述支撑立柱（3）上，或者将第二驱动机构（8）和第二驱动电机（17）安装在地面的独立地基上；

或者第二驱动机构（8）与第二驱动电机（17）连接，将第二驱动机构（8）和第二驱动电机（17）安装在所述横梁（1）的另一端，将第二驱动机构（8）连接第二软绳（11）的一端，第二软绳（11）的另一端与所述支撑立柱（3）连接；

将第二拉力传感器（5）、第二驱动电机（17）通过信号与跟踪控制器（20）连接。

7.根据权利要求4所述的多绳牵拉式太阳跟踪系统驱动机构的设计方法，其特征在于，在所述滚转支撑结构（14）的滚转轴上安装有滚转角传感器（21），同时在所述俯仰旋转支撑结构（15）的俯仰轴上安装有俯仰角传感器（22），将滚转角传感器（21）、俯仰角传感器（22）通过信号与跟踪控制器（20）连接；

或者在所述横梁（1）或所述支撑框架（19）上安装基于重力的姿态角传感器（13），姿态角传感器（13）通过信号与跟踪控制器（20）连接。