碟式太阳能自动跟踪控制系统的设计与模糊控制研究

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伴随着能源危机和日益严重的环境问题,人们的目光逐渐转向对太阳能等新型能源的开发和利用。太阳能发电被认为是一种最理想的太阳能利用方式之一,其中,碟式太阳能发电的转化效率较高,最高效率可达30%。为了最大程度的获取太阳能量,碟式太阳能发电装置利用跟踪控制系统对太阳的位置进行实时跟踪。但该系统置于室外,在避免环境因素影响的同时,如何提高系统运行稳定性和跟踪精度,并从根本上减少系统的成本,这是本课题的研究重点。  本课题首先分析了风、光强和灰尘积雪等环境因素对碟式太阳能自动跟踪控制系统稳定性和跟踪精度的影响;并确定了跟踪控制系统选用的跟踪方式,利用光照值和光照阈值的差值作为自动切换跟踪方式的判据。但光强值趋近光强阈值时,会造成跟踪方式的频繁切换。为解决该问题,本课题建立了一种基于环境因素判断的模糊识别系统,为跟踪系统的启停和跟踪方式的切换提供了可靠的理论支持,具有一定的可行性和有效性。另外,设计了一种自动清洁装置清除聚光器表面的积雪污垢,保证系统的聚光效率。  其次,为了保证碟式太阳能自动跟踪控制系统的运行稳定性和跟踪精度,对硬软件进行了设计。硬件设计主要针对的是光电传感器结构设计,通过对比几种常见光电传感器的优缺点,设计了一种金字塔式和箱体式嵌套的新型光电传感器,详细介绍了其工作原理,选择LM324作为电压比较器,完成了检测电路的设计。该光电传感器结构简单,利用箱体内部凹面镜反射作用解决了箱体高度和入射角之间的相互制约问题。软件设计时,主要包括跟踪系统整体流程的设计和传感器元件的功能介绍。利用MATLAB语言编写了光电传感器、步进电机转动和倾角传感器的控制程序。其中,倾角传感器可以保证系统的跟踪精度达到0.1°。  最后,碟式太阳能自动跟踪控制系统采用模糊控制方法。利用MATLAB/Simulink对碟式太阳能自动跟踪控制系统的控制器进行建模及仿真,模糊PID控制方法的使用,可以使控制器达到最佳的控制效果,系统响应速度快且能保证系统稳定运行。  可以看出,为减少/避免环境因素对碟式太阳能自动跟踪控制系统造成的影响,采用传感器作为系统的“眼睛”,并通过硬软件的设计,可以保证碟式太阳能自动跟踪控制系统稳定运行的同时,跟踪系统的跟踪精度可达0.1°,系统的(运行)成本有了较明显的降低。
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