基于DSP的太阳能跟踪控制系统研究

摘要：针对目前太阳能跟踪系统存在的跟踪精度不高，抗干扰能力差的缺点。本文设计了一种以视日运动轨迹跟踪和光电检测跟踪相结合的控制方法对太阳能进行跟踪，并且以DSP为控制器核心芯片的高精度太阳能智能跟踪系统。视日运动轨迹跟踪对太阳进行粗跟踪，再利用光电检测跟踪对太阳进行精确跟踪。实现了对太阳的高精度跟踪，并且使系统具有较强的抗干扰和运算能力。

Research of solar tracking control system based on DSP

Yang Zhicheng，Liu Hao，Kong Xiangbin，Xiao Huagen

（Changsha University of Science & Technology；Institute of Electrical and Information Engineering；Changsha 410114；China）

关键词：跟踪控制方法；DSP；太阳能

Abstract：In consider of the inaccuracy and poor anti-interference ability of current solar energy tracking system. This paper presents a high-precision solar energy tracking system which use the control method that obit tracking movement combined with photoelectric detection tracking, and use DSP as controller core chip. The sun is roughly tracked by the obit tracking movement, and then it is accurately tracked by the photoelectric detection tracking. The system has realization of high-precision tracking the sun, and has a strong anti-interference and computing ability.

Key words:tracking control method;DSP;solar energy;

1 引言

理论分析表明：采用相同功率的太阳能电池板，跟踪式与定点式的太阳能发电装置相比，其能量的接收率可提高35%，而目前太阳能利用转化率约为10％～20％。常用的太阳能跟踪控制器是根据经度和纬度的不同，按照天体运行的规律来计算每时每刻太阳所在高度角和方向角。天体运行的计算需要运用到大量的浮点、三角、反三角等复杂的运算，要保证计算的精度，普通的单片机需要耗费大量的时间，不能实时的计算。现在市场上也有采用硬件检测电路来实现的太阳能跟踪器，其采用光电池作为传感器，来实现太阳跟踪。这种跟踪器的精度要靠高精度的传感器，精密的实验电路来保证；并且抗干扰性差，容易跟错目标[1]。因此，本文研究了现有太阳跟踪器的原理，在对目前国内外太阳跟踪器原理研究的基础上，本文设计了一种视日运动轨迹跟踪与光电检测跟踪相结合的太阳跟踪控制系统。通过DSP计算发出脉冲，控制步进电机的转动角度，实现对太阳的精确跟踪，使跟踪装置始终处于与发光源垂直的最佳位置。

2 太阳能跟踪系统概述

目前，太阳能跟踪的方式很多，比较常见的有视日运动轨迹跟踪和光电检测跟踪，但两种跟踪方式都存在一定的局限性。对于视日运动轨迹跟踪，主要是在开始运行之前需要精确定位，太阳角度计算时容易产生误差，且产生误差后不能自动进行调整等，因此需要定期人为调整跟踪装置。而光电检测跟踪经常由于天气问题，出现不跟踪或错误跟踪的情况，特别在多云的天气会试图跟踪云层边缘的亮点，电机往复运动，造成了能源的浪费和部件的额外磨损。因此，本文设计的太阳能自动跟踪系统在借鉴前人研究成果的基础上，综合了两种跟踪方式的优点．巧妙的将两种跟踪方式结合在一起，使得系统跟踪更加精确、稳定。系统的结构框图如图1所示。

图1 太阳能跟踪系统框图

太阳能跟踪器控制系统主要由DSP主控、时钟电路、电源电路、信号采样等部分组成，完成整个电路的控制和驱动。电机系统主要由步进电机和步进电机驱动器组成。该控制系统如图2所示，视日运动轨迹跟踪主要通过读取当前时间，由DSP 根据相关的算法计算出太阳能电池板要旋转的水平角和俯仰角。传感器检测控制由四象限传感器、信号放大电路、绝对值电路、比较电路等组成。

图2 控制系统框图

3 工作原理

太阳能跟踪控制器采用视日运动轨迹跟踪和光电检测跟踪相结合来实现。首先利用视日运动轨迹跟踪控制根据天体运行规律，实时计算出太阳的位置，使跟踪器定位到一定的范围；其次利用光电检测跟踪控制在该范围内搜索检测太阳光的最强点实施精确跟踪，提高太阳能的利用率。由于外界自然环境复杂多变，天空中飞起的树叶或生活垃圾，以及云层的运动都会对传感器检测造成干扰，使跟踪器产生很大的跟踪误差。所以采用这种以视日运动轨迹跟踪进行粗跟踪，光电检测跟踪进行精确跟踪的太阳能智能跟踪控制器可以提高跟踪的抗干扰能力和精度[2]。

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