基于嵌入式的光伏发电自动跟踪控制系统设计

【摘要】：为了解决未来能源危机和生态环境恶化,实现可持续发展,世界各国都将光伏发电作为新能源与可再生能源发展中的重点。但是,目前太阳能光伏发电的一个应用瓶颈是发电效率低,很大程度上制约了光伏发电的应用和发展。提高光伏发电效率的一种重要途径是设计自动跟踪的光伏发电系统,使太阳光线尽可能地垂直入射太阳能电池板,最大限度地获得太阳辐射能量。 本文从工程应用实际出发,针对多种类型跟踪器的普遍特点,选取盘式双轴跟踪器与斜单轴跟踪器两个具有代表性的跟踪器类型,基于嵌入式技术设计出一种通用型自动跟踪控制系统。本文的主要内容归纳如下： 1、基于太阳运动轨迹的计算模型分析了地平坐标太阳能跟踪系统的运动特性,建立了视日运动轨迹跟踪系统的运动方程。针对间歇跟踪控制方法的缺陷与不足,提出了改进型的间歇跟踪控制方法,并通过理论分析与仿真结果验证了其可行性。同时,针对现有斜单轴跟踪器抗风性差的缺陷,提出一种顺风向放平的避风算法,并推导出该算法的角度转换关系。 2、针对多种类型跟踪系统的运动模式的共性,在控制系统总体设计上,将跟踪控制系统分为跟踪控制器模块与轴控制器模块两个部分进行设计,并提出了一种“金字塔”型的跟踪控制系统结构,实现了多种类型跟踪器的群控目的。 3、硬件设计中,根据系统总体方案,采用模块化方式设计出跟踪控制器与轴控制器的硬件结构及原理图；在软件设计中,引入了嵌入式μc/os-Ⅱ实时系统,实现了其在ARM7上的移植,对跟踪控制器软件进行分任务设计,提高了控制系统的稳定性及可重复利用率,降低了开发成本。 4、借助上位机软件完成了本文跟踪控制系统的工程应用调试,通过现场的图片与数据曲线阐述了该跟踪控制系统良好的控制效果,同时对跟踪系统设计与工程应用经验进行了总结。 【关键词】：光伏 自动跟踪 控制系统 嵌入式μc/os-Ⅱ
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TP273.5
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 研究背景及研究意义9-10
• 1.2 太阳能自动跟踪系统研究现状10-15
• 1.2.1 太阳能光伏发电发展现状10-12
• 1.2.2 太阳能自动跟踪技术研究现状12-15
• 1.3 嵌入式技术发展概况15-18
• 1.3.1 嵌入式系统体系结构16-17
• 1.3.2 嵌入式实时操作系统简介17-18
• 1.4 本文的论文结构18-19
• 2 跟踪控制系统研究及方案设计19-35
• 2.1 跟踪控制对象描述19-22
• 2.1.1 跟踪器结构与工作原理简介19-21
• 2.1.2 斜单轴避风算法21-22
• 2.2 跟踪系统运动特性分析22-26
• 2.2.1 地球绕太阳的运行规律22
• 2.2.2 跟踪系统运动模型22-24
• 2.2.3 跟踪系统运动特性仿真分析24-26
• 2.3 跟踪系统运动控制方法26-31
• 2.3.1 间歇跟踪控制方法的改进26-28
• 2.3.2 跟踪控制规律仿真分析28-31
• 2.4 跟踪控制系统方案设计31-34
• 2.4.1 太阳能跟踪系统的性能指标31-32
• 2.4.2 跟踪控制系统总体设计32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 跟踪控制系统硬件设计35-47
• 3.1 跟踪控制器硬件设计36-41
• 3.1.1 核心控制模块36-37
• 3.1.2 复位电路与晶振电路37-38
• 3.1.3 电源模块设计38-39
• 3.1.4 实时时钟模块设计39-40
• 3.1.5 通讯接口设计40-41
• 3.1.6 调试接口设计41
• 3.2 轴控制器硬件设计41-45
• 3.2.1 单片机系统设计41-43
• 3.2.2 脉冲检测模块设计43
• 3.2.3 通讯模块设计43-44
• 3.2.4 开关量电路设计44-45
• 3.3 本章小结45-47
• 4 μc/os-Ⅱ系统移植与应用47-59
• 4.1 软件调试环境简介47-49
• 4.2 μc/os-Ⅱ系统在ARM7上的移植49-54
• 4.3 μc/os-Ⅱ在跟踪控制系统中的应用54-57
• 4.3.1 跟踪系统功能模块驱动54
• 4.3.2 系统任务建立54-56
• 4.3.3 系统功能模块调试56-57
• 4.4 本章小结57-59
• 5 跟踪控制系统软件设计59-69
• 5.1 跟踪控制程序设计59-64
• 5.1.1 跟踪控制任务主程序设计59-60
• 5.1.2 正常跟踪子程序设计60-62
• 5.1.3 跟踪保护子程序设计62-64
• 5.2 跟踪控制器通讯程序设计64-67
• 5.2.1 通讯协议64-65
• 5.2.2 通讯程序设计65-67
• 5.3 轴控制器软件设计67-68
• 5.4 本章小结68-69
• 6 跟踪控制系统的应用分析69-77
• 6.1 调试软件设计69-70
• 6.2 工程应用及结果分析70-75
• 6.2.1 工程应用70-71
• 6.2.2 应用结果分析71-75
• 6.2.3 工程应用总结75
• 6.3 本章小结75-77
• 7 总结与展望77-79
• 致谢79-81
• 参考文献81-85
• 附录85-87
• 攻读硕士期间发表的学术论文87

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