太阳模拟器回转运动系统研究

采用步进电机与感应同步器相结合的闭环控制技术,提出了具有两个回转运动环节的太阳模拟器结构设计方案。在光学系统的布局及总体结构确定基础上,重点阐述回转机构机械结构与设计方法,计算机闭环控制,以及回转运动系统精度分析。实验表明,回转系统转角精度优于0.02°。     

移动式太阳模拟器控制系统研究

移动式太阳模拟器控制系统是移动式太阳模拟器的重要组成部分,用来控制太阳光照射的位置和方向.本文介绍了太阳模拟器控制系统的组成和工作原理,通过对计算机控制软硬件系统设计,实现了对移动式太阳模拟器两个平动和两个转动的位置及速度的精确控制,有效解决了移动式太阳模拟器的控制问题.并给出了实验结果,为移动式太阳模拟器的研制奠定了基础.     

太阳辐射计检定用多维工作台的研制

针对太阳辐射计量仪表进行检定的需要,提出了一种具有四个自由度功能动作的多维检定工作台。工作台在与太阳模拟器联合,可同时对两块待栓仪表的参数误差进行检定。在对太阳高度角和方位角的研究基础上,阐述了工作台旋转机构、升降机构、俯仰机构和转臂机构的设计过程,并对工作台的控制系统进行了说明。测试结果表明多维工作台各级转动误差小于0．05°,由倾角仪和步进电机组成的台面水平控制误差在±10’以内,满足设计指标要求。     

基于预置区域数据表的自摆式大流量消防炮控制系统设计

为克服现有自摆式消防炮依靠复杂的机械传动结构实现自摆的不足,设计一种基于预置区域数据表的自摆式大流量消防炮控制系统。当火灾发生时,消防炮通过程序方式调用预先设置的水平摆动角度库和俯仰步进角度库,控制水平、俯仰直流电机的转动方向和角度,进而完成消防炮的自摆式运动;采用H桥功率驱动电路完成对直流电机的驱动,利用编码器实时检测水平、俯仰机构的位置角度,采用STM32L0系列超低功耗单片机控制自摆式大流量消防炮。该消防炮具有无线遥控功能,可供操作人员远距离操作。该系统性能稳定,依附程序控制的方法实现消防炮的自摆式运动,在实际应用场所中取得良好效果。     

基于欧拉角分析法的电动二维转镜读数修正

针对电动二维转镜在进行光学转像或扫描时产生的转角值与像移值不一致的现象,提出了一种软件修正读数的方法。利用欧拉角知识分析了二维转镜的运动姿态,建立了二维转镜的运动模型,推导出二维转镜旋转矩阵。根据平面光学知识得出出射光线的俯仰角与方位角,并通过软件对俯仰方位读数进行修正。验证试验结果表明,修正后二维转镜在俯仰方位两个方向上的读数精度达到4秒。     

轴系偏差对双轴太阳跟踪器跟踪精度的影响

双轴太阳跟踪系统的轴系偏差会直接影响其跟踪太阳精度,对太阳能发电系统的整体性能具有重要影响。针对传统的高度-方位式双轴太阳跟踪系统结构,分析了跟踪系统在制造或者安装过程中可能引起的轴系偏差类型,采用矢量投影和球面几何原理建立了数学几何模型,研究了俯仰轴与方位轴正交偏差、方位轴安装垂直偏差对方位角和高度角跟踪偏差角以及太阳跟踪系统精度的影响关系;通过Matlab模拟计算得出了不同轴系偏差对双轴太阳跟踪器跟踪精度的影响变化规律。研究可为双轴太阳跟踪系统的设计、安装和提高跟踪精度提供理论依据。     

高精度双轴太阳能跟踪控制系统的设计

针对一般光伏发电系统中存在的太阳能利用率较低的问题,设计了一种太阳能跟踪光电传感器,并提出了一种混合跟踪控制策略的优化方法。系统采用时控和光控相结合的跟踪模式,通过控制器整合处理传感器的实时数据,将俯仰和方位两个维度的偏差角度转换成一定数量的PWM脉冲,从而驱动步进电机使太阳能电池板与太阳光线呈垂直姿态。实验测试结果表明:所设计的光电检测传感器模块可以准确地跟踪太阳方位,采用优化的混合跟踪控制策略不仅降低了系统功耗,而且提高了跟踪精度,整个系统最终实现了太阳能利用率最大化的目标。     

嵌入式太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计

以ARM7处理器(AT91SAM7S64)为主控芯片的嵌入式光伏MPPT控制方案,由太阳跟踪器和二维平面支架控制器组成.该系统的太阳跟踪器通过提取GPS数据,计算出太阳高度及方位角度后,再通过PWM调速方式驱动电机,以对二维平面支架进行适当调整,从而实现对太阳的自动跟踪,实验结果说明该控制器能有效地提高太阳能的利用率.     

基于电力线载波的太阳方位跟踪器控制系统设计

通过分析太阳运行规律,设计了太阳位置传感器。采用两级传感器方式,实时检测太阳方位;运用电力线载波,实现设备与上位机信息传输。利用简单光敏电阻和SPCE061A单片机设计了一种多方向太阳能收集控制系统,实现了大范围高精度地跟踪太阳;利用PL2102B载波芯片实现精确监控通信。经试验,系统的高度角和方向角跟踪范围在0~180°和0~270°,跟踪精度达到1°,而且设备与上位机信号传输稳定。     

双叶片液压关节主被动联合柔顺控制分析

双叶片液压被动柔顺回转关节在受到外界环境的碰撞时,关节的被动柔顺性会使关节阀体输出转角产生回调,碰撞结束后,输出转角又会迅速恢复。为了有效吸收剩余的冲击能量,本文将自适应阻抗控制作为回转关节的主动柔顺控制,与关节的被动柔顺控制相结合,实现对关节的主被动联合柔顺控制,增大了回转关节在受到碰撞时的回调角度,能够更好地化解环境碰撞力。同时在关节的控制系统中设计并添加了一个模糊自适应PID（比例-积分-微分）控制器,作为自适应阻抗控制中的位置控制器,能够减小回转关节输出转角恢复后的稳态误差,提高了关节与外界接触时的安全性。     

A novel solar cell fabricated with spiral photo-electrode for capturing sunlight 3-dimensionally

A novel solar cell fabricated with spiral photo-electrode for capturing sunlight 3-dimensionally (3D-cell) is proposed in this paper. We studied its performance both in solar simulator and in nature sunlight. Spiral photo-electrode of 3D-cell can receive sunlight from all directions and therefore can track the sun passively. And it is much insensitive to solar azimuth angle and shade. In addition, it increases the area to obtain scattered sunlight and reflected light. Compared with the dye-sensitized solar cells using sandwich structure, it would be more advantageous in the sealing technique.     

基于混合滤波算法的太阳光斑图像位置跟踪

针对传统滤波算法存在不能完全消除太阳光斑中孤立噪声点、太阳光斑图像边缘模糊的缺陷,导致太阳能自动跟踪系统跟踪精度低、稳定性差等问题,提出一种基于改进的维纳滤波与极值检测中值的滤波混合噪声算法对太阳光斑消噪滤波.在不同情况下利用实测某地太阳高度角、方位角等进行仿真实验,结果表明,该算法能够适应复杂天气条件,在阴雨、雾霾天气下仍能对太阳精准跟踪,达到提高太阳能利用率的预期效果.     

基于角锥棱镜的反射式位相延迟系统

针对传统应用于投影系统的线偏振光源中消色差位相延迟器件的制作成本较高的问题,设计了角锥棱镜（corner-cube-reflector）反射式位相延迟系统.利用射线追踪理论分析了当一束线偏振光以不同偏振方位角和不同入射角入射至角锥棱镜后,经过三次全内反射后反方向出射光的偏振特性.使用旋转坐标进行解析,按不同反射顺序、经不同反射面时出射光的琼斯矩阵表达式,计算出不同入射条件下的出射椭圆偏振光的状态参数,得到了出射光偏振状态相对入射光偏振方位角和入射角的变化规律,采用斯托克斯参量法进行了实验验证,得到了最优入射方位角为（-15°,＋15°）,偏振方位角为（-63°,-52°）.     

基于光电扫描的工作空间测量定位系统误差分析

为研究工作空间测量定位系统的误差传递特性,建立了单发射站方位角/俯仰角测量模型及双发射站单元坐标测量模型。提出了以扫描角测量误差为基础的精度评价方法,通过分析扫描角与方位角/俯仰角之间的测量误差传递关系优化了激光发射站的几何结构。推导了双发射站单元坐标测量误差传递函数,并通过对坐标测量误差空间分布规律的分析求出了双发射站单元的最佳测量位置。使用两台发射站测量了某大型夹具顶端平台的位移,并通过与激光跟踪仪进行数据对比验证了所得结构。实验结果表明,当扫描角测量误差控制在5″以内时,双发射站系统可在5m×5m×3m的空间内实现优于0.25mm的精度。     

一种波束赋形相控阵天线的分析与设计

设计了一种水平面赋形、俯仰面扫描的一维相控阵天线,天线单元采用印刷振子．为了获得低副瓣,馈电电流采用泰勒分布．为了满足0.2°扫描步进指标要求,采用虚位技术,通过4位移相器实现9位移相器功能,简化了设备,降低了成本．测试表明: 在±15°扫描范围内,半功率波束宽度小于2.3°,增益大于25dB,副瓣低于-25dB,水平赋形方向图3dB波束宽度33°,满足设计指标要求．     

三伸缩杆驱动的光伏板视日追踪系统设计与研究

视日追踪系统能够显著地提高光伏板接受太阳能的效率。相较于串联式,并联式视日追踪系统以其追踪精度高、功耗小和耗材少等优点在太阳能追踪中具有很大的应用潜力,但相关研究尚属起步阶段且并不能满足实际需求。基于3-RPS并联机构,提出了一种新型三伸缩杆驱动的光伏板视日追踪系统。其中,三根伸缩杆结构相同,且呈正三角形布置;每根伸缩杆的上端通过复合铰链与光伏板相连,下端通过转动铰链与基座相连;通过改变三根伸缩杆的长短驱动光伏板运动,实现对太阳的实时追踪。首先,结合太阳运动规律和3-RPS的机构性质,根据空间几何学,建立了追日过程中的相关数学模型。在此基础上,针对特定的追踪地点、日期和机构尺寸,对系统分别在夏至日和冬至日当天进行了仿真分析。进而,针对每条支链所需伸缩杆节数过多的问题,提出了动平台质心高度可动的控制策略。对于目前商业化球铰转动范围不足的问题,采用虎克铰链加转动铰链组成的复合铰链来代替球铰的结构方案,同时,得到了复合铰链绕其各转动轴线的转动角度。然后,由于追日过程是一个缓慢的过程,通过建立系统的瞬时静力学模型,仿真得到了系统所需的驱动力和驱动功率,最大驱动力为164.65N,总的最大驱动功率为2.94e-3W。最后,实施了系统的追日实验,验证了理论和仿真分析的正确性,同时得到了系统的追踪精度在±0.4°以内。     

建筑物表面接收太阳辐射量的计算分析

在建立太阳辐射量计算模型的基础上,以长沙地区建筑物为例,通过编制计算机程序,计算了建筑物屋顶和不同方位的竖直墙面接收的太阳能辐射量,并进行了分析.分析结果表明：在长沙,建筑物屋顶接收太阳辐射量最大,竖直墙壁方位角在-45°～＋45°内变化时,太阳辐射量也较大;其余方位墙壁接收太阳辐射量则明显偏小.以上分析结果可为发展城市太阳能光伏建筑一体化提供理论参考.     

基于方位检测的光伏双轴跟踪控制装置设计

为了充分利用太阳能资源,提高发电效率,研究设计了一种基于方位检测的太阳跟踪控制系统。该控制系统是以单片机为核心的检测控制电路,包括单片机控制电路、方位检测电路、电动机驱动电路、仰角检测电路、外设电路和电源电路6个部分。系统通过程序控制,实现了光伏阵列朝向的定时跟踪。所设计的光伏双轴跟踪控制装置具有结构简单、运行可靠、跟踪精度高、成本低的特点,为提高光伏发电系统的效益探索了一条新路。