塔式太阳能热发电技术利用定日镜场采集聚光并通过光热转换实现热力发电,具有规模化成本优势,是未来新能源利用的重点发展方向。定日镜场是太阳能热发电中用于跟踪太阳实现聚光的关键子系统,对塔式太阳能热发电性能产生直接影响,成本更是占到电站总成本的40%左右。为满足热电站中高效、低成本的太阳跟踪需求,本课题组提出了一种群控式跟踪方法,并设计出可实现定日镜单元群组联动跟踪的大型定日镜结构。此类定日镜在双轴跟踪太阳时存在着与地平坐标系下的太阳高度角与方位角、以及赤道坐标系下的赤纬角和赤经角互相耦合的现象,具有复杂的跟踪规律;为保证镜面单元阵列以及定日镜阵列之间的精确联动,镜场的各伺服驱动器之间应保持较高的同步性。本论文针对上述跟踪控制难点,研究定日镜的群控跟踪策略,开发出基于Ether CAT总线的实时驱动控制器,实现塔式定日镜场的高性能太阳跟踪聚光。本文应用与太阳位置计算相关的天文学理论和SPA算法,依据行星VSOP87黄道参数,给出计算太阳视运动轨迹的具体方法。应用该方法模拟了指定时间段的太阳视赤经、视赤纬和时差数据,并通过与观测数据的对比,证明该算法精度高,完全可满足定日镜聚光精度的需要。分析了群控式平台的结构、驱动特点和聚光原理,建立了装置的运动坐标系;根据装置运动坐标系与地平直角坐标系组成元素之间的关系,得出坐标变换矩阵,建立跟踪装置的计算模型;提出了群控式跟踪平台的开环跟踪策略。求解处于开环跟踪策略控制下的跟踪平台在给定日期各个时刻的两轴角度,通过与理想角度值的对比,确定开环跟踪精度可以满足需要。提出了基于四象限硅光电池的光桶传感器方案,完成了传感器结构设计并制定了闭环控制策略。提出基于Ether CAT总线的控制系统方案,完成了从站信息接口、同步模式、过程数据通信和跟踪平台应用层软件部分的设计;规划了总线传输的数据内容,完成了主站定日镜控制程序的编写;使用Altium Designer绘制芯片原理图并进行PCB布线,根据选型出的芯片加工出样品电路板。开展了控制系统的总线性能和定日镜平台跟踪精度的实验研究,建立了总体实验方案,搭建总线性能测试和定日镜跟踪精度测试实验平台,完成了实时性测试和平台闭环跟踪精度测试,结果表明:搭载原理样机的群控式定日镜跟踪平台精度可达到0.2°内,可满足塔式电站的跟踪精度要求;镜组控制器与定日镜控制器之间的总线通信的平均通信延时为4μs,实时性可以满足定日镜场的通信要求。