基于超声电机的双轴太阳能跟踪系统硕士学位论文

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1、中图分类号:TP356论文编号:102870112-S102学科分类号:080402硕士学位论文基于超声电机的双轴太阳能跟踪系统研究生姓名赵杰学科、专业测试计量技术及仪器研究方向超声电机的应用指导教师李华峰教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一二年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringDual-axisSolarTrackingSystemBasedonUltrason

2、icMotorAThesisinMeasurementandTestingTechnology&InstrumentsbyZhaoJieAdvisedbyProf.LiHuafengSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2012承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究

3、成果,也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名:日期:南京航空航天大学硕士学位论文摘要超声电机是一种具有低转速,高转矩,特别是断电自锁等诸多优点的电机。本文将超声电机应用于双轴太阳能跟踪系统,以提高太阳能电池板的采光性能,使其有更高的光电转换效率。本文设计了一个双自由度的跟踪架,并由超声电机驱动,使电池板能够在二维平

4、面内向天空任何方向旋转,以实现跟踪目的。设计了基于MSP430单片机的控制系统,通过光敏电阻传感器阵列采集光信号,判断太阳位置以控制超声电机驱动电池板转动来跟踪太阳,实现高效率能量收集。该系统具有结构简单,节能等优点。本文主要内容概括如下:1.介绍了超声电机的发展、特点和应用,目前国际上太阳能的发展状况和应用前景,以及几种常见的跟踪系统的跟踪方法、结构、原理。结合超声电机的诸多优点,讨论了太阳能跟踪系统对电机的需求,得出超声电机非常适合在太阳能跟踪系统中运用的结论。2.介绍了本文中的太阳能跟踪系统的机械结构设计及其特点,包

5、括涡轮蜗杆设计,轴承选择。然后运用ADAMS虚拟样机软件对整个跟踪系统进行动力学仿真。3.详细介绍了本文设计的太阳能跟踪系统所使用的控制器-MSP430单片机,以及本系统的硬件电路的要求及设计。4.介绍了以上述硬件为基础的软件设计,阐述了如何在以上硬件环境下实现跟踪系统的程序流程,包括:AD采集程序、跟踪控制程序、按键控制程序、串口通信等。并介绍了本文编写的上位机程序。上位机程序主要负责将下位机采集上传的电压电流数据用图表的方式显示出来,以方便对比跟踪的性能提升。5.对光敏电阻传感器阵列和水平位置传感器的信号进行测试,揭示

6、其信号的特点。对超声电机驱动器信号进行测量,验证驱动器的工作状况。最后对系统进行总体测试,将电池板在跟踪状态和固定状态输出电压和功率进行对比,验证系统的性能提升。关键词:超声电机,MSP430,太阳能,跟踪系统,光敏电阻本文工作得到国家重点基础研究发展计划项目(973计划)(2011CB707602)和国家自然科学基金(51175250)的资助。本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。i基于超声电机的双轴太阳能跟踪系统ABSTRACTThissubjectissupportedbythenationalkeybas

7、icresearchanddevelopmentprogram(973program)(2011CB707602)andthenationalnaturalsciencefoundationofChina(51175250).UltrasonicMotors(USM)isakindofmotorswithlowrevolvingspeed,hightorque,especiallypowerfailureselflockingandmanyothermerits.USMisappliedtodual-axisSolartr

8、ackingsystemsinthispaper,inordertoimprovesolarbatteryphotoelectricperformance,andmakeithavethehigheroptoelectronicsconvertefficiency.Thispaperdesignedaf

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1、中图分类号:TP356论文编号:102870112-S102学科分类号:080402硕士学位论文基于超声电机的双轴太阳能跟踪系统研究生姓名赵杰学科、专业测试计量技术及仪器研究方向超声电机的应用指导教师李华峰教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一二年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringDual-axisSolarTrackingSystemBasedonUltrason

2、icMotorAThesisinMeasurementandTestingTechnology&InstrumentsbyZhaoJieAdvisedbyProf.LiHuafengSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2012承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究

3、成果,也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名:日期:南京航空航天大学硕士学位论文摘要超声电机是一种具有低转速,高转矩,特别是断电自锁等诸多优点的电机。本文将超声电机应用于双轴太阳能跟踪系统,以提高太阳能电池板的采光性能,使其有更高的光电转换效率。本文设计了一个双自由度的跟踪架,并由超声电机驱动,使电池板能够在二维平

4、面内向天空任何方向旋转,以实现跟踪目的。设计了基于MSP430单片机的控制系统,通过光敏电阻传感器阵列采集光信号,判断太阳位置以控制超声电机驱动电池板转动来跟踪太阳,实现高效率能量收集。该系统具有结构简单,节能等优点。本文主要内容概括如下:1.介绍了超声电机的发展、特点和应用,目前国际上太阳能的发展状况和应用前景,以及几种常见的跟踪系统的跟踪方法、结构、原理。结合超声电机的诸多优点,讨论了太阳能跟踪系统对电机的需求,得出超声电机非常适合在太阳能跟踪系统中运用的结论。2.介绍了本文中的太阳能跟踪系统的机械结构设计及其特点,包

5、括涡轮蜗杆设计,轴承选择。然后运用ADAMS虚拟样机软件对整个跟踪系统进行动力学仿真。3.详细介绍了本文设计的太阳能跟踪系统所使用的控制器-MSP430单片机,以及本系统的硬件电路的要求及设计。4.介绍了以上述硬件为基础的软件设计,阐述了如何在以上硬件环境下实现跟踪系统的程序流程,包括:AD采集程序、跟踪控制程序、按键控制程序、串口通信等。并介绍了本文编写的上位机程序。上位机程序主要负责将下位机采集上传的电压电流数据用图表的方式显示出来,以方便对比跟踪的性能提升。5.对光敏电阻传感器阵列和水平位置传感器的信号进行测试,揭示

6、其信号的特点。对超声电机驱动器信号进行测量,验证驱动器的工作状况。最后对系统进行总体测试,将电池板在跟踪状态和固定状态输出电压和功率进行对比,验证系统的性能提升。关键词:超声电机,MSP430,太阳能,跟踪系统,光敏电阻本文工作得到国家重点基础研究发展计划项目(973计划)(2011CB707602)和国家自然科学基金(51175250)的资助。本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。i基于超声电机的双轴太阳能跟踪系统ABSTRACTThissubjectissupportedbythenationalkeybas

7、icresearchanddevelopmentprogram(973program)(2011CB707602)andthenationalnaturalsciencefoundationofChina(51175250).UltrasonicMotors(USM)isakindofmotorswithlowrevolvingspeed,hightorque,especiallypowerfailureselflockingandmanyothermerits.USMisappliedtodual-axisSolartr

8、ackingsystemsinthispaper,inordertoimprovesolarbatteryphotoelectricperformance,andmakeithavethehigheroptoelectronicsconvertefficiency.Thispaperdesignedaf

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