太阳能利用中的跟踪控制方法的研究.doc

摘要:太阳能跟踪控制器能够保持太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光线垂直照射在太阳能电池板上，从而显著提高太阳能光伏组件的发电效率。设计出低成本、可靠性高、抗干扰能力强、智能化高精度跟踪的太阳能跟踪控制系统是太阳能利用行业的发展趋势。本文正是从这一考虑出发，对太阳能利用中的跟踪控制方法进行了研究。

本文讲述了一种以时间跟踪算法为主，四象限传感器反馈调节为辅的太阳能跟踪控制方案。其中又提出了借助模糊PID控制方法来保证时间跟踪算法的精度，并按严格要求完成驱动设备的选型。同时，文中还借助Matlab和Simulink软件实现了基于BP神经网络的环境辨别，驱动装置的数学建模和仿真，预先PID优化参数的选定，模糊控制调节PID参数的仿真以及风扰环境下系统暂态稳定性的仿真等多个项目。最后，本文概述了该太阳能跟踪系统基于DSP的软件设计流程，讲解了四象限传感器组的工作原理，提出了研究过程中的重难点和多种改进方案。通过仿真分析证明，该太阳能跟踪控制方法能够克服云层和风速的干扰，能够实现较精准的实时跟踪。

关键词：太阳跟踪系统  时间算法  神经网络  模糊控制  PID  反馈调节

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论-1

1.1 国内外研究现状-1

1.2 本课题的基本知识阐述和方案列举-1

1.2.1 太阳能跟踪控制系统的跟踪方式-1

1.2.2 常见的控制类型-2

1.2.3 常用的跟踪角范围-2

1.2.4 控制算法列举与选择-2

1.3 研究目的及意义-2

1.4 论文内容安排-3

2 基于时钟跟踪算法的开环控制系统-4

3 BP神经网络对环境的辨识-7

3.1 输入数据的整合处理-7

3.2 BP网络的设计-8

3.2.1 网络层数-8

3.2.2 隐层节点数-8

3.2.3 传输函数-9

3.2.4 训练方法和指标-9

3.3 BP网络程序-9

4 双轴太阳能跟踪系统的控制电机-12

4.1 水平方向步进电机选型-12

4.2 垂直方向步进电机选型-14

4.3 空载步进电机的数学模型-14

4.4 控制电机模型仿真-16

5 太阳能跟踪系统的模糊控制调节PID参数-20

5.1 被控对象的计算-20

5.2 模糊控制器的设计-22

5.2.1 输入量模糊化-22

5.2.2 输出量模糊化-23

5.2.3 模糊控制调节PID参数的模糊规则-24

5.3 太阳能跟踪系统模糊控制PID仿真模型-27

5.3.1 以垂直方向上控制系统为例分析-28

5.3.2 以水平方向上控制系统为例分析-29

6 太阳能跟踪系统整体仿真与风扰模拟-33

6.1 水平方向上的控制系统为例的整体仿真分析-33

6.2 以水平方向上的控制系统为例的风扰模拟-34

7 太阳能跟踪控制系统软件设计-38

7.1 太阳能跟踪控制系统的整体介绍-38

7.2 太阳能跟踪控制系统的软件结构-39

7.3 四象限光照强度传感器-41

8 总结-44

8.1 工作总结-44

8.2 展望-45

参考文献-46

致  谢-47