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光电池云台伺服系统设计

作　者: 李亚杰
导　师: 卢秀和
学　校: 长春工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 分段式控制 变频调速 恒频跟踪 步进电机 细分驱动
分类号: TM914
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文以提高电池板的光电转换效率为目标,设计了光电池云台伺服系统,应用分段式控制方法不断校正太阳位置与电池板位置的偏差量,以实现对太阳位置的高精度跟踪,使得电池板上接收的太阳能达到最大。通过太阳在天体中的运行轨迹可以确定其不同时刻所在位置,并将其位置作为引导数据提供给控制器,电池板的位置由高精度的光电位置检测元件PSD获得,并将其作为反馈量提供给控制器,形成了以太阳位置为输入量,电池板位置为反馈量的伺服系统。依据不同时刻太阳和电池板的偏差变化特点,控制器运用分段式控制方法对偏差进行调节,即：以偏差角|σ|=9°为临界点,当|σ|<9°时通过改变脉冲频率的方式对执行机构进行调速,使系统快速达到预期位置,保证了系统的快速性；当|σ|=≤9°时执行机构以恒定的速度运行,应用比例-微分控制方式对系统偏差进行提前校正,来保证系统的跟踪效果。本系统的执行机构选用以角度为控制信号的步进电机,并采用电流细分的方式驱动电机使得电机以微步距角运行,从而提高系统的位置控制精度。最后,本文通过MATLAB仿真实验分析了本伺服系统的性能,结果表明：分段式控制方法不仅缩短了系统的定位时间,而且降低了系统稳态误差,提高了系统的跟踪精度,使得系统快速地、准确地将电池板调整至与太阳入射光束垂直的位置,有效地提高了光电转换效率,为同类跟踪系统的控制提供了一种可借鉴的方法。

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-6
第一章 绪论  6-11
  1.1 伺服系统发展及应用  6-7
  1.2 光伏发电技术的发展及应用  7-8
  1.3 伺服系统在光伏发电方面的应用  8-9
  1.4 课题的意义及主要工作  9-10
    1.4.1 研究意义  9
    1.4.2 研究目的  9-10
    1.4.3 研究内容  10
  1.5 本章小结  10-11
第二章 光电池云台伺服系统总体方案设计  11-23
  2.1 伺服控制系统组成  11-12
  2.2 数据引导  12-14
    2.2.1 时角坐标系  12-13
    2.2.2 地平坐标系  13
    2.2.3 太阳位置计算  13-14
  2.3 检测装置  14-16
    2.3.1 检测装置特点  14
    2.3.2 PSD检测原理  14-15
    2.3.3 偏转角计算  15-16
  2.4 控制器的选择  16-17
  2.5 执行机构  17-21
    2.5.1 步进电机的分类  17-18
    2.5.2 步进电机的特性  18-19
    2.5.3 步进电机的选择  19-21
  2.6 云台基座的结构  21
  2.7 本章小结  21-23
第三章 分段式控制在云台伺服系统中的应用  23-31
  3.1 控制方法的选择  23-24
  3.2 PID控制理论  24-26
    3.2.1 PID控制的原理和特点  24-25
    3.2.2 PID控制的离散化  25-26
  3.3 分段式控制方法的研究  26-29
    3.3.1 分段式控制方式工作原理  26-28
    3.3.2 分段式控制器的设计  28-29
  3.4 数据采样环节中异常值的剔除  29
  3.5 本章小结  29-31
第四章 步进电机驱动控制  31-36
  4.1 电机运行方式的选择  31
  4.2 相励磁电流细分驱动  31-33
  4.3 三相逆变桥驱动电路设计  33-35
  4.4 本章小结  35-36
第五章 光电池云台伺服系统的软硬件设计  36-48
  5.1 DSP接口电路设计  36-40
    5.1.1 TMS320LF2407的电源设计  36-37
    5.1.2 AD检测电路  37-38
    5.1.3 PWM输出口  38
    5.1.4 SPI接口的D/A转换电路  38-40
  5.2 MOSFET管驱动电路  40-41
  5.3 电池板位置反馈电路  41-42
  5.4 时钟电路设计  42-43
  5.5 太阳位置解算电路  43-45
  5.6 系统异常处理  45-47
  5.7 本章小结  47-48
第六章 实验结果分析  48-52
  6.1 被控对象数学模型参数的确定  48
  6.2 PD控制参数的整定  48-50
  6.3 跟踪性能实验结果分析  50-51
  6.4 本章小结  51-52
第七章 总结  52-53
致谢  53-54
参考文献  54-57
作者简介  57
攻读学位期间发表的学术论文  57-58

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池
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