光伏发电跟踪控制系统设计

太阳能光伏电池阵列的发电量与阳光入射角角度有关,光线与光伏阵列平面垂直时发电量最大占采用光线自动跟踪的方式,使太阳能电池板始终保持与太阳光垂直,这样可以大大提高光伏阵列的发电量。文中介绍了双轴太阳光跟踪控制系统,该系统具有结构简单、稳定性好、精度高的特点,对其推广普及具有广阔的应用前景。     

基于单片机的太阳跟踪控制系统设计

传统的太阳跟踪方式多采用光电跟踪或视日运动轨迹跟踪控制方式,存在着跟踪精度低、有累积误差等缺点。为了改进对太阳的跟踪精度和消除累积误差,提高太阳能的利用率,设计了一种基于Atmega16单片机为控制核心的跟踪控制系统,采用光电跟踪和视日运动轨迹跟踪互补的控制方式。在跟踪策略上,晴天采用光电跟踪,阴天采用视日运动轨迹跟踪,实现了全方位、高精度、全天候的实时精准跟踪。试验结果表明,该控制系统工作性能稳定,实现了实时精确的太阳跟踪。     

侧拉式斜单轴太阳能跟踪装置的设计及发电效率研究

侧拉式斜单轴太阳能跟踪装置利用将旋转驱动力从转动轴分离到远离轴心的支架上这一机械结构创新理念,并结合"杠杆原理"大大降低了跟踪驱动力;减小跟踪控制半径提高跟踪精度;引入"三点决定一个平面"几何原理改善装置运行稳定性;并采用下潜式双层结构降低设备转动部件的重心以便减小风力扰动引起的不稳定性。样机测试表明:与固定式光伏发电系统相比,侧拉式太阳能跟踪装置的发电量可以提高28.9%-51.9%;不论晴天或是多云,其发电效率提升稳定性好;月均发电效率提升40.57%,接近并超过部分双轴跟踪系统。     

直接驱动Xy平台零相位误差跟踪新型交叉耦合控制

针对直接驱动XY平台高精密轮廓加工中存在的电气——机械延迟、系统参数不确定性及两轴驱动系统参数不匹配以及扰动等因素影响轮廓加工精度的问题,提出了将零相位误差跟踪控制(ZPETC)与新型交叉耦合控制相结合的策略对两轴的运动进行协调控制,实现跟踪误差与轮廓误差同时减小。ZPETC作为前馈跟踪控制器,提高了快速性,克服了伺服滞后,使系统实现准确跟踪,减小了跟踪误差,进而有利于减小轮廓误差;新型交叉耦合控制作用于两轴之间,将轮廓误差作为直接被控量进行实时补偿控制,特别有效地提高了轮廓精度并简化了控制器设计。仿真和实验结果表明所设计控制系统具有较好的跟踪性和鲁棒性,进而大大提高了跟踪精度和轮廓精度。     

高精度自动跟踪太阳光系统研制

为了提高太阳能光伏发电的效率,设计了一种高精度自动跟踪太阳光的系统。该系统主要采用粗、细调互补型信号采集相结合的方式,实现了对太阳光的大范围、高精度的自动跟踪,实际跟踪精度高达0.1°立体角。实验结果表明:该系统操作简单,跟踪精度高,平均输出功率比固定式光伏发电系统提高了30.7%。     

太阳能光伏发电中跟踪控制系统的研究与设计

太阳能的利用有利于世界的环境保护,光伏发电作为太阳能发电的方式之一,无论从科技应用还是从商业开发的角度出发,如何更进一步地提高太阳能光伏发电装置的效率,都是目前有待解决的重要问题。针对目前应用广泛的太阳能光伏发电跟踪控制系统进行了研究,为了提高太阳能光伏板的跟踪效率,提出了前馈加闭环的跟踪控制方案。根据太阳的运动轨迹计算出太阳能光伏板理论上需转动的角度,实现前馈上的跟踪控制;采用光电传感器,将检测到的光电信号作为反馈,实现光伏板的闭环跟踪控制,克服了太阳能光伏发电跟踪控制系统在安装、生产、加工过程中存在的误差,提高了跟踪控制的精度。     

用于三轴转台的卫星跟踪策略

针对纬轴工作范围为±20°的三轴跟踪架结构不能跟踪半球空域内所有卫星的问题,本文研究了卫星跟踪原理,结合纬轴受限的三轴结构特点,推导出了三轴之间关系的公式,并由此仿真得出了STTA卫星跟踪策略算法。跟踪仰角70°以上的卫星时,采用方位轴定位式水平式跟踪,这种跟踪方式既利用了水平式结构保精度跟踪天顶附近目标的优势,又克服了地平式结构有天顶跟踪盲区问题;跟踪仰角70°以下的卫星时,采用方位轴随动式水平式跟踪,这种跟踪方式使地平式跟踪方式和水平式跟踪方式有机地结合起来,实现优势互补,达到了更为理想的跟踪效果。该跟踪策略不仅解决了三轴转台纬轴工作范围受限问题,而且能够捕获跟踪半球空域内所有卫星,并保证卫星全程在保精度跟踪范围内。最后设计了实验,证明了该跟踪策略算法的有效性和可行性。     

光伏设备发电量和地表利用率研究

通过计算机模拟得到了倾斜固定式、侧拉式斜单轴跟踪设备的安装间距和占地面积;通过假设计算,得出不同设备的发电量及其提升率。对比发现,装机容量相同时,侧拉式斜单轴跟踪设备发电量可比倾斜固定式提高48.47%、65.85%,而地表占用率相应增加21.69%、89.15%。据此提出评价光伏电站经济价值和社会价值的不应是装机容量,而应是发电量。实验结果表明,选择合适的跟踪时间可以大大提高发电量。     

基于状态方程磁电编码器角度误差主动监督补偿方法研究

针对磁电编码器角度值易受到高频噪声影响,影响角度值输出精度问题,提出了一种基于卡尔曼滤波器及运动状态方程角度值误差主动监督补偿方法。为了降低角度值观测噪声,采用基于运动学状态方程角度值观测方法,有效抑制了磁电编码器角度值观测噪声;提出了基于神经元角度值误差自适应补偿方法,实现了角度值误差观测的自适应收敛过程。针对角度值误差收敛速度缓慢问题,采用基于卡尔曼滤波器角度值误差主动监督补偿方法,调节误差补偿系数进而提高角度值观测误差的收敛速度,经过实验证明所提方法的有效性,在角度值过零点位置的大角度跳变工作位置,采用跟踪性能较好的状态误差调节系数保证了角度值跟踪的一致性。在角度值平滑跟踪状态下,采用所提方法角度值精度从±3°提高到了±0.082°。     

驱动平面机械手的液压系统建模及CMAC-PID控制研究

为了提高平面机械手运动的稳定性和轨迹跟踪精度,采用小脑模型神经网络(CMAC)控制液压驱动系统,并对机械手运动轨迹响应速度和误差进行仿真.建立液压驱动机械手简图装置,给出机械手液压驱动控制流程图.创建了液压动力装置、控制阀、液压油缸及机械手键合图模型,推导出液压驱动机械手控制方程式.设计了机械手液压驱动CMAC-PID控制结构图,利用系统仿真软件Matlab对机械手运动轨迹进行仿真;同时,与常规PID控制仿真结果进行比较.结果表明:采用常规PID控制液压驱动机械手运动轨迹,响应时间大约为0.4s,产生的最大误差大约为1.4cm;采用CMAC-PID控制液压驱动机械手运动轨迹,响应时间大约为0.1s,产生的最大误差大约为0.75cm.采用CMAC-PID控制平面机械手液压驱动系统,能够提高机械手运动轨迹响应速度和跟踪精度.     

多风轮风力发电系统发电性能研究

从风能利用系数的角度,选用2 k W水平轴风力机作为多风轮水平轴风力发电系统的单元机型;基于切入风速下对风精度,对尾舵进行了设计;分析了风切变对发电量的影响。最后,对装机容量为20 k W的单风轮和多风轮风力发电系统的实际发电性能进行了对比分析。结果表明:采用尾舵偏航方式的多风轮风力发电系统的发电量高于采用主动偏航的单风轮风力机。     

基于改进遗传算法的机器人运动轨迹跟踪控制

通过对机器人的运动轨迹准确跟踪控制,能够有效提高机器人路径规划和自主定位的准确性。机器人在运动过程中运动轨迹受到小扰动分段线性误差的影响,机器人系统是一个多变量非线性系统,传统的遗传算法进行运动轨迹跟踪控制在边界层出现稳态跟踪误差。针对以上问题提出一种基于改进遗传算法的机器人运动轨迹跟踪控制算法。模拟构建所研究的机器人的运动环境模型,把机器人运动轨迹的空间坐标抽象为遗传种群的虚拟世界,得到机器人运动空间的网格结构模型。通过遗传进化的方式寻找目标点并进行移动,为了使得机器人的运动轨迹控制满足遗传算法的匹配条件和参数摄动带来的误差,在机器人运动轨迹滑膜面设计一个跟踪误差的积分项,实现算法改进。仿真结果表明:采用该算法进行机器人运动轨迹控制,能以较快的收敛速度找到最优路径,机器人跟踪控制性能精确度和收敛性较好,性能优越。     

基于动态轮廓误差估计的三轴运动平台NNLARC控制

在直线电动机驱动三轴运动平台中,为提高轮廓加工精度,需要解决两个主要问题,即轮廓误差估计和轮廓误差控制。采用基于牛顿极值搜索算法的动态轮廓误差估计的方法,建立更为精确的轮廓误差模型。由于永磁同步直线电动机(PMLSM)易受外部扰动和摩擦力等因素影响,为使系统具有良好的跟踪性能和抗干扰性能,采用神经网络学习的自适应鲁棒控制(NNLARC)进行单轴位置控制器的设计,削弱各种因素对于系统性能影响。另外,采用位置环交叉耦合控制器,解决三轴间的动态特性不匹配问题,进一步减小轮廓误差。仿真结果表明,所设计的方法能有效提高系统的加工精度和鲁棒性。     

一种侧拉式太阳能跟踪装置的研究

太阳能是被认为最有前景的新能源之一,但是目前的利用还不够理想,主要原因是太阳能的利用率低导致成本高。精确地跟踪太阳可使太阳能的利用率提高,拓宽其利用领域。在斜单轴的基础上研究了一种侧拉式太阳能跟踪装置,其能够实现对太阳光线的连续式跟踪。对比实验表明:侧拉式比固定式能够提高27.8%的发电功率。在跟踪时系统消耗的能量为0.207 kW·h,只占总发电量的3.2%,其中步进电机的最大功率为12 W,占整个光伏组件功率的0.34%。此跟踪系统能够显著提高发电效率,由于自身成本低,有助于太阳能跟踪系统的推广。     

机器人视觉定位误差分析与试验研究

机器人视觉定位误差对于机器人准确抓取具有重要的影响。基于Hexsight 4.0和四轴视觉运动平台,首先对CCD相机进行标定,然后选择圆形、正三角形、正四边形、正六边形等典型图案,测量了视觉机器人对目标的抓取精度及机械臂转动角度的误差,分析了典型图案目标对视觉定位精度的影响。视觉机器人对圆型、正四边形的定位误差为0.4~1.2 mm,对正三角形、正六边形的定位误差为0.5~1.8 mm.对圆形的角度跟踪精度误差在-0.2°~0.2°,对正三角形、正四边形、正六边形的角度跟踪精度误差为-0.3°~0.5°.研究结果对于视觉机器人抓取和上下料的应用具有一定的实际意义。     

基于粗糙集理论的10kW光伏系统发电量预测研究

光伏系统发电量会根据辐射强度、温度等外界环境条件的变化而呈现一定的随机性,对于并网系统而言发电量的不稳定将会给系统稳定性及电能质量造成不利影响。文章综合考虑影响光伏发电量外界环境因素,利用粗糙集理论在处理不确定性问题方面具有的优势,建立了基于粗糙集理论的光伏发电量预测模型,实现光伏系统连续属性离散化的同时删除了光伏系统冗余条件属性。实验结果表明模型预测精度能够满足要求,且对于特定预测样本应纵向选取同时期数据库以提高预测精度。     

基于PLC光伏发电自动跟踪控制方法在酒泉应用

由于太阳位置随时间而变化,使光伏发电系统的太阳能电池阵列受光照强度不稳定,从而降低了光伏电池的效率,因此,设计太阳自动跟踪器是提高光伏发电系统工作效率的有效措施。该文针对已有的光伏跟踪控制方法的缺陷与不足,考虑到执行电机在转动时间内对太阳位置角度的变化与跟踪误差范围的预测与控制,提出了一种采用PLC的跟踪控制方法,并通过理论分析与Matlab/Simulink仿真结果验证了其可行性,具有很高的推广应用价值。     

基于交叉耦合与迭代学习的伺服系统运动控制研究

针对数控机床进给伺服系统各轴动态响应不一致,导致零件加工精度降低的问题,对数控机床进给伺服系统运动控制进行了研究。采用了迭代学习控制与交叉耦合结构相结合的控制方法,设计了进给伺服系统单轴位置环的迭代学习控制器,抑制了单轴跟随误差,设计了多轴的变增益交叉耦合迭代学习控制器,来抑制多轴轮廓误差;利用在MATLAB/SIMULINK环境中搭建的仿真模型,对三叶玫瑰曲线轨迹进行了跟踪验证;将所设计的控制器与其他控制方法进行了对比分析。研究结果表明:与其他控制方法相比,所设计的控制器跟踪曲线的最大轮廓误差和平均轮廓误差都得到了降低,证明所设计的单轴和多轴运动控制器能够实现降低轮廓误差,提高零件加工精度的目的。     

基于非对称论域模糊控制的光伏阵列最大功率点跟踪研究

最大功率点跟踪(MPPT)是提高光伏发电系统效率的关键技术.在分析光伏阵列非线性输出特性的基础上,对基于非对称论域模糊控制实现光伏阵列MPPT进行探讨;建立了采用非对称论域模糊控制算法调节Boost电路占空比实现光伏阵列MPPT的仿真模型,在照度、温度阶跃变化下的仿真结果,验证了非对称论域模糊控制算法的有效性.     

半闭环三轴机床静态解耦轮廓控制及螺距误差补偿

为提高半闭环三轴机床加工精度,首先提出单伺服轴的螺距误差补偿方法;在建立半闭环三轴机床解耦轮廓系统模型基础上,研究了静态解耦轮廓控制器的设计,并在所提出的静态解耦轮廓控制系统上实现了螺距误差补偿.实验结果表明,算法有效地实现了轮廓的切线、法线和副法线方向的解耦跟踪控制.加入螺距补偿后,机床加工半球的最大圆度误差由55μm缩小到12μm.