导　　师： 范顺成

学科专业： H0203

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 河北工业大学

摘　　要： 科学家们公认，太阳能是未来人类最合适、最安全、最绿色、最理想的替代能源。目前太阳能利用转化率约为10％～20％。理论分析表明：太阳的跟踪与非跟踪，能量的接收率相差37.7％。研究开发太阳能双轴跟踪装置，可以提高太阳能的接收效率，拓宽太阳能的利用领域。 本文研究的内容是基于球面机构的太阳跟踪装置的控制系统。该跟踪机构采用三自由度并联球面机构，实现了对太阳高度角和方位角的实时跟踪，冗余自由度增加了系统的刚度。导出了球面机构的位姿反解，得出机构的输入角，并针对太阳跟踪装置的工作要求，提出了利用单片机实现实时跟踪的控制方案。系统采用主动式跟踪，即预先计算好对应于某时刻太阳位置的跟踪机构的输入角度，通过跟踪器上平台不同位置上摆放的光电传感器感受该太阳位置的光照，反馈回电信号，单片机根据该信号调用子程序发出脉冲对步进电动机的转动角度和方向进行控制，实现了机构对太阳的自动跟踪，使跟踪装置的上平台始终处于垂直于光照方向，达到了能量最大限度的接收。控制系统硬件选用ATMEL公司的AT89C51(与INTEL公司MCS-51系列兼容)作为控制核心来控制机构的执行部件——步进电动机。完成了单片机外围硬件电路的设计和相应的软件的设计。系统驱动器采用了与步进电机配套的专用集成模块，具有强抗干扰性、高频性能好、结构简单、运行平稳等特点。

关 键 词： 太阳能 跟踪装置 控制系统 球面机构 步进电动机 驱动器 光电传感器 自动跟踪

分 类 号： [TK513.4]

领　　域： [动力工程及工程热物理]