專利名稱：一種數(shù)字智能化跟蹤控制器系統(tǒng)的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能跟蹤控制系統(tǒng)中的軟件計算方法，此方法通過太陽的偏移計算出太陽能的電池板的方向。
背景技術：
太陽能跟蹤控制器是能夠保持太陽能電池板隨時正對太陽，使太陽能電池板能垂直照射的機械動力裝置，能夠顯著提高太陽能光伏器件的發(fā)電利用率。由于轉和自轉，每一個固定地點在一年四季每天每時每刻，太陽的照射角度都有不同，要提高太陽能的利用率，必須保證太陽能電池板能夠根據(jù)太陽位置的不同而轉動。目前，通用的太陽能跟蹤控制器是根據(jù)經(jīng)度和緯度的不同，按照天體運行的規(guī)律來計算每時刻太陽所在高度角和方向角。天體運行的計算需要運用到大量的浮點、三角、反三角等復雜的運算，要保證計算的精度，普通的單片機需要耗費大量的時間，不能實時的計算。另外，由于蒙氣差(大氣折射)的存在，蒙氣差隨著大氣密度、溫度和壓力等條件的變化而變化，不可能很精確的實現(xiàn)太陽跟蹤。現(xiàn)在市場上也有采用硬件檢測電路來實現(xiàn)的太陽能跟蹤器，其采用光電池作為傳感器，來實現(xiàn)太陽跟蹤。這種跟蹤器的精度要靠高精度的傳感器，精密的實驗電路來保證；并且抗干擾性差，容易跟錯目標。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有的太陽能跟蹤控制器存在這些缺點，本發(fā)明目的就是設計了一種新型的高精度太陽能跟蹤控制器中的軟件算法。此主要通過讀取當前時間，由DSP根據(jù)相關的算法計算出太陽能電池板要旋轉的水平角和俯仰角。傳感器檢測控制由四象限傳感器、信號放大電路、絕對值電路、比較電路等組成。具體的步驟如下:太陽高度角和方位角的計算，根據(jù)公式計算出太陽高度和方位的值，根據(jù)計算的高度角和方位角計算太陽能電池板要轉動的水平角和俯仰角的范圍，控制電機轉動。一種數(shù)字智能化跟蹤`控制器系統(tǒng)的方法:包括了太陽高度角和方位角的計算公式，具體公式如下:(I)太陽高度角的計算公式:sin a = sin Φ sin δ +cos Φ cos δ cos ω式中，α為太陽高度角，Φ為當?shù)氐牡乩砭暥龋臑樘柍嗑暯?，ω為太陽時角。太陽高度角α指的是地球上某點的切平面與某時刻此點和太陽連線的夾角。太陽赤緯角S是太陽光線與地球赤道的夾角，以北為正。一年內(nèi)，太陽赤緯角在±23。271之間變動。要確定某一天的太陽赤緯角，可以利用下面的公式來進行近似的計算:S =23.45sin(284+DAY/365*360° )式中::DAY為從I月I日起，到該天的天數(shù)。太陽時角ω:當?shù)靥枙r。地球一天24小時自轉360°，每個小時的自轉角為15°。當?shù)卣鐣r的時角0°，上午為負，下午為正。例如，上午10時，ω = -30°，下午3時，ω = 30°。(2)太陽方位角的計算公式:
A = arctan (sin (ω) /cos (ω) sin Φ -tan ( δ ) cos (ω))其中α φ δ含義同上。A為太陽方位角:指太陽光線在地平面上的投影與當?shù)刈游缇€的夾角其具體步驟如下:由于太陽高度角和方位角的實時計算需要耗費大量的時鐘周期，為了提高計算的速度和精度，采用小數(shù)點定標法和IQmath函數(shù)庫。TI公司的IQmath函數(shù)庫為C/C++程序員收集了高度優(yōu)化和準確的數(shù)學函數(shù)庫并精確的在DSPTMS320C28X芯片上將浮點算法轉換成固定點算法的運算代碼。使用IQmath函數(shù)庫可以提高密集的實時計算的精度和速度。IQmath函數(shù)庫采用Q格式來表示數(shù)的定標。為了方便解釋，以16位的DSP為例。假定小數(shù)點(圖5中實心圓點表示)位于第O點的右側時，為QO ;當把小數(shù)點定位于第15位的右側時，為Q15。浮點數(shù)和定點數(shù)的轉換公式如下:浮點數(shù)Xf轉換為定點數(shù)Xq時，Xq = (int) (Xf*2-Q)定點數(shù)Xq轉換為浮點數(shù)Xf時，Xf = (float) (Xq*2-Q)可知當小數(shù)點定標到O時，表示的范圍最大，為-32768彡X彡32767，但表示的精度最低，為I。當小數(shù)點定標到15時，表示的范圍最小，為-1 SXS 1，但表示的精度最高，可達到0.0003。

為了使用TI公司提供的IQmath函數(shù)庫，需要:(I)在文件中包含IQmath.h文件；(2)將代碼與IQmath.h連接； (3)在程序存儲器中用正確的CMD文件放置IQmath代碼；(4)由于IQmath表包含IQmath函數(shù)查詢表，存儲在DSP的B00TR0M中，因此該段在CMD文件中必須設置為NOLOAD類型，這樣可以不用將該段載入目標板中。IQmath CMD 可以如下寫:
權利要求
1.一種數(shù)字智能化跟蹤控制器系統(tǒng)的方法:其特征是主要通過讀取當前時間，由DSP根據(jù)相關的算法計算出太陽能電池板要旋轉的水平角和俯仰角。傳感器檢測控制由四象限傳感器、信號放大電路、絕對值電路、比較電路等組成。具體的步驟如下:太陽高度角和方位角的計算，根據(jù)公式計算出太陽高度和方位的值，根據(jù)計算的高度角和方位角計算太陽能電池板要轉動的水平角和俯仰角的范圍，控制電機轉動。
(1)太陽高度角的計算公式:sin α = sin Φ sin δ +cos Φ cos δ cos ω 式中，α為太陽高度角，Φ為當?shù)氐牡乩砭暥龋臑樘柍嗑暯?，ω為太陽時角。太陽高度角α指的是地球上某點的切平面與某時刻此點和太陽連線的夾角。太陽赤緯角S是太陽光線與地球赤道的夾角，以北為正。一年內(nèi)，太陽赤緯角在±23。271之間變動。要確定某一天的太陽赤緯角，可以利用下面的公式來進行近似的計算:S =23.45sin(284+DAY/365*360° )式中::DAY為從I月I日起，到該天的天數(shù)。太陽時角ω:當?shù)靥枙r。地球一天24小時自轉360°，每個小時的自轉角為15°。當?shù)卣鐣r的時角0°，上午為負，下午為正。
(2)太陽方位角的計算公式:A = arctan (sin (ω) /cos (ω) sin Φ -tan ( δ ) cos (ω)) 其中α Φ δ含義同上。
A為太陽方位角:指太陽光線在地平面上的投影與當?shù)刈游缇€的夾角
2.根據(jù)權利要求1所述太陽能跟蹤控制器系統(tǒng)的方法、其特征是根據(jù)太陽根據(jù)天體運行的規(guī)律，由地方時，地理緯度，地理經(jīng)度等求得每時刻太陽高度角和方位角。其次根據(jù)計算的高度角和方位角計算 太陽能電池板要轉動的水平角和俯仰角的范圍，控制電機轉動。
全文摘要
一種數(shù)字智能化跟蹤控制器系統(tǒng)的方法高精度太陽能跟蹤控制器采用軟件算法控制和傳感器檢測精確控制綜合來實現(xiàn)。軟件算法控制根據(jù)天體運行規(guī)律，實時計算出太陽的位置，使跟蹤器定位到一定的范圍。傳感器檢測控制在該范圍內(nèi)搜索檢測太陽光的最強點，提高太陽能的利用率。軟件算法控制可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。由于外界自然環(huán)境復雜多變，天空中飛起的樹葉或生活垃圾，以及云層的運動都會對傳感器檢測造成干擾，使跟蹤器產(chǎn)生很大的跟蹤誤差。所以采用這種高精度太陽能跟蹤控制器可以提高跟蹤的精度和抗干擾能力。軟件算法控制主要通過讀取當前時間，由DSP根據(jù)相關的算法計算出太陽能電池板要旋轉的水平角和俯仰角。傳感器檢測控制由四象限傳感器、信號放大電路、絕對值電路、比較電路等組成。
文檔編號G05D3/00GK103105853SQ20111036946
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權日2011年11月15日
發(fā)明者韓偉 申請人:鎮(zhèn)江億海軟件有限公司