碟式太阳能热发电装置跟踪控制系统设计与研究

【摘要】：太阳能热发电装置跟踪控制系统是太阳能热发电系统的重要组成部分，良好的跟踪控制性能是保证太阳能发电效率的关键之一。本文以25KW碟式太阳能跟踪控制系统为研究对象开展相关理论研究并进行实际系统设计。 主要研究内容及结论如下： 首先分析了25KW碟式太阳能发电装置整体结构，探讨了方位角和高度角两个传动系统的载荷特性。为了分析太阳能跟踪系统动力学与控制特性，建立了包括驱动电机电磁转矩方程、机电运动方程以及传动轴动力学方程在内的机电耦合动力学模型，同时构建了以三相异步电动机转子磁场定向矢量控制为基础，采用电流反馈、速度反馈、位置反馈三闭环控制模型。在此基础上，在SIMUlink环境下建立了系统数值仿真模型并进行了较为详细的系统响应特性和控制特性分析。然后，对国内外太阳能跟踪装置设计模式进行了对比研究，选取可编程逻辑控制器PLC（型号：FX3U-48MT-ES-A）作为基本控制核心并设计了系统相关控制电路,包括电源模块、信号检测模块、显示模块和跟踪控制模块等。最后，结合硬件电路设计，编写了相关控制程序并进行实验研究。结果表明，设计的显示模块、自动跟踪、手动跟踪以及过载报警等模块能够良好地工作，满足跟踪控制要求，证明了本方案的可行性与有效性。 【关键词】：太阳能发电 跟踪控制系统 动态响应特性 PLC
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究背景及选题意义10
• 1.2 国内外研究现状10-17
• 1.2.1 太阳能热发电系统国内外研究现状10-14
• 1.2.2 跟踪控制系统国内外研究现状14-17
• 1.2.3 跟踪控制系统的建模与动态分析国内外研究现状17
• 1.3 主要研究内容17
• 1.4 论文章节安排17-19
• 第二章 双轴跟踪碟式太阳能热发电装置及传动系统载荷分析19-29
• 2.1 碟式太阳能热发电系统结构19-22
• 2.1.1 碟式太阳能聚光器及桁架机构20-21
• 2.1.2 接收器21
• 2.1.3 双轴驱动系统21-22
• 2.1.4 固定支撑装置22
• 2.2 碟式太阳能热发电装置传动系统载荷分析22-28
• 2.2.1 方位角传动系统载荷分析23-25
• 2.2.2 方位角驱动系统选型25
• 2.2.3 高度角传动系统载荷分析25-28
• 2.2.4 高度角驱动系统选型28
• 2.3 本章小结28-29
• 第三章 碟式太阳能热发电装置跟踪控制系统建模与仿真分析29-52
• 3.1 太阳能跟踪控制执行机构29
• 3.2 驱动电机模型29-30
• 3.3 传动轴动力学模型30-31
• 3.4 等效转动惯量计算31-33
• 3.4.1 方位角控制执行机构等效转动惯量31-32
• 3.4.2 高度角控制执行机构等效转动惯量32-33
• 3.5 太阳能跟踪控制执行机构伺服驱动分析33-41
• 3.5.1 位置控制器35
• 3.5.2 速度控制器35-36
• 3.5.3 电流调节器36
• 3.5.4 坐标变换模块36-37
• 3.5.5 转子磁链观测器模块37-38
• 3.5.6 转矩电流和励磁电流计算模块38-39
• 3.5.7 整流器、逆变器及电机模块39-40
• 3.5.8 传动轴模块40-41
• 3.6 仿真结果分析41-50
• 3.6.1 方位角仿真结果分析41-46
• 3.6.2 高度角仿真结果分析46-50
• 3.7 本章小结50-52
• 第四章 碟式太阳能热发电装置跟踪控制系统硬件设计52-65
• 4.1 系统硬件总体构架52
• 4.2 控制器的选型52-53
• 4.3 电源电路53-54
• 4.4 光电跟踪电路设计54-59
• 4.4.1 光电传感器选择54
• 4.4.2 光强检测电路设计54-59
• 4.5 数码管显示电路59-60
• 4.6 交流伺服电机与伺服驱动器模块60-64
• 4.6.1 交流伺服电机60-62
• 4.6.2 伺服驱动器62-64
• 4.7 本章小结64-65
• 第五章 碟式太阳能热发电装置跟踪控制系统实验研究65-72
• 5.1 引言65
• 5.2 实验系统65-67
• 5.3 碟式太阳能跟踪控制系统实验室调试67-70
• 5.3.1 数码管时间显示模块68-69
• 5.3.2 联调实验69-70
• 5.4 碟式太阳能热发电装置现场调试70-71
• 5.5 本章小结71-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 全文结论72
• 6.2 研究不足与未来工作展望72-74
• 参考文献74
• 致谢74-78
• 附录 A：攻读硕士学位期间发表的学术论文78

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