太阳视日跟踪系统的设计.pdf

《太阳视日跟踪系统的设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、太阳视8：)踞孽饶的设针木口韩丽艳口宫德口刘占民口何海洋北京石油化工学院机械工程学院北京102617摘要：开发利用太阳能是解决人类能源危机和减少环境污染的有效手段，为了提高太阳能的利用率，设计一种视日太阳能自动跟踪系统。整个系统实现一个驱动、两个方向运动，不仅简化了控制电路结构，而且降低了装置的制作成本。该系统性价比较高，具有广阔应用前景。关键词：太阳跟踪设计中图分类号：TH132；TK513．4文献标识码：A文章编号：1000—4998(2014)08—0013—03开发利用太阳能是解决人类能源危机和减少环境污染的有效手

2、段之一．国内外有关机构对此均投入了大量的人力、物力进行深入广泛的研究⋯而研制具有实用价值的自动跟踪系统以实现低成本利用太阳能的目的．则是促进太阳能广泛应用的主要途径之一．．本文提供一种控制电路简单．由步进电机驱动的低成本、实用的新型太阳跟踪装置1工作原理从地球上观测者的角度看．整个天球像是在围绕我们旋转．其实这是地球以外的天空包括日月星辰．概无例外的以与地球运动相反的方向、但却以相同的周期(1日)运动着，其运动的轨迹就是周日圈．天体的周日圈就是它所在的那2视日系统的设计条赤纬圈_2]。如图1所示，天体愈近天极．其赤纬圈愈小

3、：离天极愈远。赤纬圈愈大。2．1赤纬方向设计地球公转的周期是一年．也就是太阳沿黄道连续视日太阳跟踪系统机械部分是以凸轮为核心的减两次经过春分点所需的时间．其长度为365．2422日．速机构．其运动简图如图4所示由赤纬齿轮及带轮的如图2所示减速机构((图中未显示)，带动赤纬凸轮运动，凸轮推相对于太阳而言。地球的大小可以忽略，因此地球动杆件作从冬至到夏至．再从夏至返回到冬至的等速只是中心点的一个点．半径大小忽略。但是观察者直立运动，其推程为h。同时滑动机构作圆周运动。凸轮采时的方向是和其所在的地理位置密切相关的．比如在用直动尖

4、端推杆盘形凸轮机构．推程、回程角均为赤道上，观察者直立方向垂直于NS(南北极)：而在南l80o等速运动规律北极．观察者的直立方向就是NS线的方向。太阳相对2．2时角方向设计地球的经纬度运动相当于从冬至到夏至．再从夏至返在凸轮摆杆齿轮机构中．时角方向是由中齿轮带回到冬至的等速运动。如图3所示。动扇形齿轮作180~的摆动．扇形齿轮同时通过摆动尖端推杆与凸轮保持联动．其运动简图如图5所示．推北京市属高等学校人才强教计划资助项目(编号：PHR201108363)程、回程角均为180。等速运动规律。大学生研究计划项目(编号：2014

5、J00035)收稿日期：2014年5月2．3参数设计机械制造52卷第600期2014／8画为了实现时角方向的实时跟踪和赤纬方向每日跟踪之间的耦合．按照每年365．25天来计算．视日太阳跟踪系统机构中赤纬齿轮和凸轮摆杆齿轮的具体数据见表1。时角凸轮和赤纬凸轮利用三维设计软件UG编程而成．通过函数运行仿真生成凸轮轮廓曲线，再通过实体拉伸等操作设计表l齿轮传动参数出相应的凸轮零件，盘【】图6所示赤纬齿轮部分凸轮摆杆齿轮部分3控制系统的软件设计名称数值名称数值模数T／~／mml模数m]mlnl控制系统利用PI(：实现对步进电机的控

6、制、根据小齿轮齿数．23中齿轮齿数幻23步进电机的运转特点．设计了步进电机控制算法．运用分度圆直径d。23分度圆直径ddmm23PLC控制系统．实现对步进电机在各种运行模式下加顶圆直径以I／mm25齿顶圆ddmm25减速、正反转及精确定位的控制仿真，利用PTO(Pulse齿根圆直径dn／mm20．5齿根圆直径ddmm20．5TrainOutput)功能．按照给定的脉冲个数和周期输出传动比i，4．565625传动比i7．826087一串方波控制流程图如图7所示。大齿轮齿数=，l05扇形齿轮齿数z180子程序1是太阳跟踪器正常

7、运转时的程序．子程分度圆直径dJmmlO5分度圆直径ddmml80序卜一旦触发．PLC将进行24h的工作，前l8h以中心距n．Imm64中心距agmm1012-29Hz的频率发脉冲．后6h以6．87Hz的频率发脉齿顶圆直径dJmm107齿顶圆直径d,dmml82冲、子程序2是太阳跟踪器中速运转时的程序．设置齿宽B2=111111O齿宽B~／mm10的运转时问是ls．当子程序2被触发．PLC将工作l齿根圆直径mm1O2齿根圆直径d√mml77．5s．即面板“中速”按钮按下时PLC工作ls．当按钮一凸轮摆杆齿轮转角，(。)27

8、0直按下时．PIC则一直工作．直到按钮弹起．脉冲初始赤纬齿轮转角／(。)34．5循环时间是40ms．频率为25Hz．脉冲个数为25、子程序3是太阳跟踪器快速运转时的程序．设置的运转_棚m·哪-P¨-辑0·口椭时0l0m廿斑x、强．圆崩露啦

9、=!一0妒一韵鞋辩跨舞鳓照赫建时间是1s．当子程序3被触发．PL