基于DSP的高精度太陽能跟蹤控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

【摘要】： 太陽能作為一種環(huán)保，綠色的新能源，目前全世界都在積極對(duì)太陽能的開發(fā)利用進(jìn)行廣泛的研究。在我國，以太陽能為主的新能源的開發(fā)利用已成為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。通過理論分析，可以得到：自動(dòng)跟蹤式太陽能發(fā)電裝置與定點(diǎn)式太陽能發(fā)電裝置相比，可以使太陽能的接收率提高35%，可是目前太陽能利用的轉(zhuǎn)換率僅為10％～20％。鑒于此，本文結(jié)合太陽能跟蹤控制的基本原理，設(shè)計(jì)了一種基于DSP的高精度太陽能跟蹤控制器。 在分析研究國內(nèi)外太陽能跟蹤控制系統(tǒng)基本原理的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一種新型的基于DSP的高精度太陽能跟蹤控制器，其具有兩個(gè)自由度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽高度角和方位角的跟蹤。該跟蹤控制器采用DSP作為控制芯片，SPS0606作為光電池傳感器，由步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制太陽能板對(duì)太陽位置的跟蹤，使太陽能跟蹤裝置始終正對(duì)著太陽位置。該跟蹤控制器可以提高跟蹤太陽的精度，還具有較強(qiáng)的抗干擾性和魯棒性。 本文的主要工作如下： （1）設(shè)計(jì)太陽能跟蹤控制器機(jī)械結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)自由度，即水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和豎直方向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。該機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，完成對(duì)太陽高度角和方向角的跟蹤。 （2）設(shè)計(jì)太陽能跟蹤控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)主要包括兩個(gè)方面：檢測(cè)電路系統(tǒng)，控制電路系統(tǒng)。檢測(cè)電路系統(tǒng)主要完成四象限光電池傳感器信號(hào)的濾波，放大，比較等，把采集的太陽能信號(hào)傳遞給控制電路?？刂齐娐肥峭瓿烧麄€(gè)系統(tǒng)的控制部分，其根據(jù)DSP計(jì)算的控制信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽高度角和方位角的控制。 （3）設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的算法。系統(tǒng)主要的算法包括太陽能跟蹤控制器運(yùn)動(dòng)控制方程的實(shí)現(xiàn)和基于DSP的數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)。太陽能跟蹤控制器運(yùn)動(dòng)控制方程依照太陽的運(yùn)行規(guī)律來計(jì)算太陽的運(yùn)行軌跡，即太陽視日運(yùn)動(dòng)軌跡?；贒SP的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)是根據(jù)DSP芯片的特點(diǎn)，結(jié)合MALTAB仿真軟件設(shè)計(jì)出針對(duì)采樣信號(hào)的軟件濾波器。 （4）完成太陽能跟蹤控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。以CCS3.3為設(shè)計(jì)平臺(tái)，根據(jù)各軟件功能模塊來設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件。主要的功能模塊為：主程序模塊，太陽跟蹤角度計(jì)算模塊，信號(hào)采集模塊，步進(jìn)電機(jī)控制模塊以及其它相關(guān)的功能模塊的設(shè)計(jì)。經(jīng)過實(shí)際測(cè)試和檢驗(yàn)，本文設(shè)計(jì)的高精度太陽跟蹤控制器系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)、跟蹤精度高、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。 【關(guān)鍵詞】：DSP跟蹤 太陽高度角 太陽方向角 步進(jìn)電機(jī) 四象限光電池
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TP273;TM615
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目錄8-12
• 插圖目錄12-14
• 表格目錄14-15
• 第1章緒論15-22
• 1.1 引言15-19
• 1.1.1 太陽能利用的背景15-16
• 1.1.2 太陽能跟蹤控制器的發(fā)展?fàn)顩r16-19
• 1.2 研究的目的和意義19-20
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容20-21
• 1.3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)部分20
• 1.3.2 硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)20
• 1.3.2.1 四象限傳感器檢測(cè)系統(tǒng)20
• 1.3.2.2 基于DSP 的控制系統(tǒng)20
• 1.3.3 軟件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)20-21
• 1.4 本文結(jié)構(gòu)21-22
• 第2章 太陽能跟蹤控制器機(jī)械結(jié)構(gòu)22-27
• 2.1 概述22
• 2.2 太陽能跟蹤控制器機(jī)械結(jié)構(gòu)22-26
• 2.2.1 水平旋轉(zhuǎn)自由度方向結(jié)構(gòu)23-24
• 2.2.2 豎直旋轉(zhuǎn)自由度方向結(jié)構(gòu)24-25
• 2.2.3 傳感器裝置25-26
• 2.3 太陽能跟蹤控制器機(jī)械結(jié)構(gòu)的工作原理26-27
• 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)27-40
• 3.1 概述27
• 3.2 檢測(cè)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)27-32
• 3.2.1 四象限傳感器27-29
• 3.2.1.1 光電池傳感器的選型27-28
• 3.2.1.2 四象限傳感器的布局28-29
• 3.2.2 檢測(cè)電路設(shè)計(jì)29-32
• 3.2.2.1 信號(hào)放大電路29-30
• 3.2.2.2 精密有源絕對(duì)值電路30
• 3.2.2.3 比較電路30-31
• 3.2.2.4 有源濾波電路31-32
• 3.3 控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)32-37
• 3.3.1 DSP 的選型32-33
• 3.3.2 電源管理33-36
• 3.3.3 時(shí)鐘電路36-37
• 3.4 步進(jìn)電機(jī)控制37-40
• 3.4.1 步進(jìn)電機(jī)37-38
• 3.4.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器38-40
• 第4章 太陽能跟蹤控制器算法設(shè)計(jì)40-56
• 4.1 概述40
• 4.2 太陽能跟蹤運(yùn)動(dòng)控制40-43
• 4.3 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)43-53
• 4.3.1 數(shù)字濾波器的特點(diǎn)43-44
• 4.3.2 IIR 數(shù)字濾波器原理44-46
• 4.3.2.1 IIR 數(shù)字濾波器基本原理44-45
• 4.3.2.2 IIR 數(shù)字濾波器的穩(wěn)定性45-46
• 4.3.3 IIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)46-50
• 4.3.3.1 模擬原型濾波器設(shè)計(jì)47-49
• 4.3.3.2 S 平面到Z 平面的映射49-50
• 4.3.4 MATLAB 仿真設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器50-53
• 4.4 Q 格式53-56
• 第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)56-75
• 5.1 概述56
• 5.2 DSP 系統(tǒng)開發(fā)嵌入式平臺(tái)56-64
• 5.2.1 CCS 平臺(tái)56
• 5.2.2 目標(biāo)文件格式56-57
• 5.2.3 軟件開發(fā)準(zhǔn)備工作57-59
• 5.2.4 集成開發(fā)環(huán)境下的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)59-64
• 5.3 高精度太陽能跟蹤控制軟件設(shè)計(jì)64-67
• 5.3.1 控制系統(tǒng)框圖64-65
• 5.3.2 系統(tǒng)流程圖65-67
• 5.4 時(shí)鐘芯片ISL1208 軟件設(shè)計(jì)67-72
• 5.4.1 時(shí)鐘芯片67
• 5.4.2 時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)的I2C 協(xié)議67-70
• 5.4.2.12C 接口協(xié)議67-69
• 5.4.2.2 器件尋址69
• 5.4.2.3 寫操作69-70
• 5.4.2.4 讀操作70
• 5.4.3 程序流程70-72
• 5.5 數(shù)字濾波器軟件實(shí)現(xiàn)72-75
• 第6章 實(shí)驗(yàn)與分析75-82
• 6.1 概述75
• 6.2 太陽能跟蹤控制器實(shí)驗(yàn)與分析75-82
• 6.2.1 太陽能跟蹤控制器75-77
• 6.2.2 調(diào)試試驗(yàn)結(jié)果77-82
• 6.2.2.1 單點(diǎn)跟蹤測(cè)試結(jié)果78-79
• 6.2.2.2 連續(xù)跟蹤測(cè)試結(jié)果79-82
• 第7章 總結(jié)與展望82-84
• 參考文獻(xiàn)84-87
• 在讀期間發(fā)表論文與科研情況87-88
• 致謝88

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