太陽追蹤系統(tǒng)控制器的設計與應用
余濤,馬立新, 陳國平,劉和勇
(上海理工大學電氣工程系,上海200093)
摘要:為提高太陽能板接收能量的效率,設計了一種日光垂直追蹤系統(tǒng)的電機控制方法。該方法與傳統(tǒng)的使用單片機控制的步進電機控制系統(tǒng)不同,其利用fpca實現(xiàn)對步進電機的控制。根據(jù)步進電機的運轉(zhuǎn)特點,設計了步進電機控制算法,運用直接數(shù)字式頻率合成器( dds)技術(shù),實現(xiàn)了對步進電機在各種運行模式下加減速、正反轉(zhuǎn)及精確定位的控制仿真,其性能穩(wěn)定可靠。同時,利用fpca提供的可配置資源,在應用中,可以用同一塊fpca芯片對多臺電機進行控制,從而大幅度降低光伏發(fā)電的成本。采用fpca來實現(xiàn)的太陽追蹤系統(tǒng)能有效提高太陽板的光電轉(zhuǎn)化效率,并具有較廣泛的應用前景。
關(guān)鍵詞:太陽追蹤系統(tǒng);步進電機;多電機控制
中圖分類號:tm383.6文獻標識碼:a文章編號:1673-6540(2010)03-0022-04
0 引 言
太陽追蹤系統(tǒng)是通過兩組光電傳感器(東西、南北各一組)傳回的電壓差信號經(jīng)過微處理器的分析和計算,再利用微處理器輸出的信號來對電機進行控制,從而使電機作相應調(diào)整,使太陽能電池板能夠做接近于半球面的旋轉(zhuǎn)來對太陽進行追蹤,使太陽能電池板能夠更多地接收太陽光輻射,實現(xiàn)對太陽能更加充分地吸收利用。
當太陽垂直射到太陽能電池板上時,電池板吸收的光照疆度****。但是,傳統(tǒng)的太陽能發(fā)電裝置是將太陽能電池板固定在預先制作好的支架上,太陽能電池板只能面向一個方向,使太陽能的利用率大大降低。有鑒于此,研究設計了追日性能良好的太陽追蹤發(fā)電系統(tǒng),所設計出的裝置,除了必須能承載太陽電池面板,也要能讓面板在空間中做接近半球面的立體轉(zhuǎn)動,如此才能完全追蹤白天太陽在天空中的位置,從而可以使總體發(fā)電量得到提高。此系統(tǒng)可以提高照射能量密度,取得光照的****量,以及在相同的發(fā)電量下使用較少的太陽電池以降低發(fā)電成本,因此****研究發(fā)展前景。
1 追蹤系統(tǒng)的框架及步進電機的控制原理
該系統(tǒng)所設計出的系統(tǒng)架構(gòu),使用兩臺步進電機作為驅(qū)動源來設計出追日性能良好的太陽追蹤裝置,此機構(gòu)為能做接近半球面立體轉(zhuǎn)動的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
系統(tǒng)中,欲實現(xiàn)大陽能****效率的利用,關(guān)鍵是對步進電機的精確控制,從而達到對太陽的準確追蹤。由于太陽能追蹤系統(tǒng)要作接近半球的立體轉(zhuǎn)動,因此步進電機在不同的時候需要作正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)運動;另外由于很難做到對太陽的實時追蹤,這里采用的是間歇式追蹤,當光電傳感器傳回的電壓差值達到一定值時電機才進行姿態(tài)調(diào)整,使電機作定位運行。因此,作為太陽能追蹤系統(tǒng)的重要組成部分,本文主要分析三相步進電機的控制系統(tǒng)。
在目前的應用中,步進電機的控制和驅(qū)動大多采用單片機加上1塊驅(qū)動芯片來實現(xiàn)。但是由于單片機本身資源的限制,一片單片機能夠控制的電機數(shù)目有限,另外考慮到未來太陽能發(fā)電場的規(guī)模,為了盡可能地降低發(fā)電成本,有必要用一塊芯片同時對多臺電機進行控制,因此選用fpca來實現(xiàn)對電機的控制。
系統(tǒng)中,涉及到兩臺步進電機,考慮到兩臺電機的控制機理是相同的,先設計一臺電機的控制系統(tǒng),另一臺電機的控制系統(tǒng)可以直接在fpga中映射實現(xiàn).
2步進電機控制系統(tǒng)設計與仿真分析
系統(tǒng)設計中,在fpca中使用vhdl[6]語言編程實現(xiàn)步進電機的加減速、保持控制、正反轉(zhuǎn)控制,以及對步進電機的精確定位,來實現(xiàn)系統(tǒng)對太陽的準確追蹤。電機控制系統(tǒng)的頂層電路見圖2。
圖2中,clk為時鐘信號,此信號由fpga內(nèi)部時鐘信號分頻獲得;datain為頻率控制字,改變datain的大小能夠改變步進電機的速率;dir為步進電機轉(zhuǎn)向控制信號;mode為步進電機運行模式選擇信號,這里步進電機可作三相單三拍、三相雙三拍、三相六拍轉(zhuǎn)動;dw為定位起動信號;d為定位的步數(shù);outputabe為三相波形輸出。
|