專(zhuān)利名稱(chēng)：一種與機(jī)械傳動(dòng)相匹配的定日鏡控制模型優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及塔式太陽(yáng)能熱利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種與機(jī)械傳動(dòng)相匹配的定日鏡控制模型優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
塔式太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)在控制系統(tǒng)作用下，定日鏡能夠自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)，并將太陽(yáng)光線反射到位于接收塔頂部的集熱器表面，進(jìn)而完成對(duì)太陽(yáng)能熱資源的傳遞、存儲(chǔ)。定日鏡精確地將太陽(yáng)光斑投射到集熱器相應(yīng)表面，是確保集熱器光能接收率的重要條件。
現(xiàn)有技術(shù)中，定日鏡的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是按照一種高精度的太陽(yáng)位置算法控制定日鏡將反射光斑投射至接收器表面，但此類(lèi)控制系統(tǒng)仍存在以下問(wèn)題I)太陽(yáng)位置算法與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的精度不統(tǒng)一。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(減速機(jī))的精度遠(yuǎn)低于太陽(yáng)位置算法的最低要求，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)定日鏡的精準(zhǔn)控制。2)精確控制理論值與現(xiàn)行傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組合框架下的控制方法有待優(yōu)化。由于現(xiàn)有技術(shù)還不能很好解決控制理論值與現(xiàn)行傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組合框架下的最佳控制方法，致使要么傳動(dòng)機(jī)構(gòu)頻繁啟停造成機(jī)械損傷，要么啟停頻率過(guò)低而達(dá)不到預(yù)想的控制精度。該模式下的控制方法仍有較大研究余地。3)增加成本。在塔式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè)定日鏡場(chǎng)中有大量定日鏡同時(shí)工作。定日鏡與接收塔之間的距離不同，對(duì)反射光斑精度的要求區(qū)別較大?，F(xiàn)有技術(shù)中，是按照同樣高的精度控制所有定日鏡，而精度越高的定日鏡制造成本也越高，由此看來(lái)，現(xiàn)有的控制系統(tǒng)顯然增加了不必要的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有控制系統(tǒng)中的上述問(wèn)題，在保證定日鏡控制精度的前提下，提供一種與機(jī)械傳動(dòng)相匹配的定日鏡控制模型優(yōu)化方法。本發(fā)明按照下述方案實(shí)現(xiàn)一種與機(jī)械傳動(dòng)相匹配的定日鏡控制優(yōu)化方法，基于塔式太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)，包括以下步驟第一步確定定日鏡驅(qū)動(dòng)時(shí)間間隔t :基于鏡場(chǎng)中某一特定定日鏡，根據(jù)定日鏡距塔底的距離確定定日鏡驅(qū)動(dòng)的時(shí)間間隔；距離塔較遠(yuǎn)的定日鏡精度要求要高一些，驅(qū)動(dòng)時(shí)間間隔相對(duì)較小，通過(guò)計(jì)算可以得出從日出每間隔t時(shí)間太陽(yáng)的高度角HS。，HS1,Λ HSn，太陽(yáng)的方位角ASc^AS1, AASn5第二步計(jì)算基于時(shí)間間隔定日鏡的高度角和方位角通過(guò)計(jì)算可以得出從日出t出-t落每間隔t時(shí)間定日鏡高度角G0，G1 A Gn和方位角分別對(duì)應(yīng)為F0，F(xiàn)1 A Fn,將G0和F0記為該定日鏡啟動(dòng)初始時(shí)刻的狀態(tài)；第三步計(jì)算間隔t時(shí)間定日鏡高度角和方位角的相對(duì)變化量間隔t時(shí)間高度角相對(duì)變化量為=AG1, AG2, AG3, Λ，ΛGn，方位角相對(duì)變化量為AF1; AF2, AF3, Λ，AF,其中Δ G1=G1-G0 AF1=F1-F0Δ G2=G2-G1 AF2=F2-F1Δ G3=G3-G2， Δ F3=F3-F2MMAGn=Gn-Glri AFn=Fn-Flri第四步定日鏡跟蹤太陽(yáng)的數(shù)據(jù)確定在綜合精度amrad范圍內(nèi)，利用算法求得適合鏡場(chǎng)中任意一個(gè)定日鏡的的跟蹤數(shù)據(jù)；在特定精度下，適合定日鏡傳動(dòng)的跟蹤投射光斑的定日鏡數(shù)據(jù)由以下過(guò)程計(jì)算可得〈1>記日出時(shí)刻(ta)(或系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)刻)定日鏡的高度角和方位角分別為Gtl和
F0;〈2>確定時(shí)段值時(shí)段內(nèi)定日鏡的驅(qū)動(dòng)量是不變的，現(xiàn)計(jì)算特定時(shí)段內(nèi)定日鏡的驅(qū)動(dòng)量，令滿足的精度不超過(guò)α+α '，其中α '越小，精度越高，一般取α ' = O. 5mrad,計(jì)算過(guò)程如下
權(quán)利要求
1.一種與機(jī)械傳動(dòng)相匹配的定日鏡控制優(yōu)化方法，基于塔式太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)，包括以下步驟 第一步確定定日鏡驅(qū)動(dòng)時(shí)間間隔t:基于鏡場(chǎng)中某一特定定日鏡，根據(jù)定日鏡距塔底的距離確定定日鏡驅(qū)動(dòng)的時(shí)間間隔；距離塔較遠(yuǎn)的定日鏡精度要求要高一些，驅(qū)動(dòng)時(shí)間間隔相對(duì)較小，通過(guò)計(jì)算可以得出從日出t出-t落每間隔t時(shí)間太陽(yáng)的高度角HS0，HS1, AHSn,太陽(yáng)的方位角ASc^AS1, AASn5 第二步計(jì)算基于時(shí)間間隔定日鏡的高度角和方位角通過(guò)計(jì)算可以得出從日出落每間隔t時(shí)間定日鏡高度角Gtl, G1 A Gn和方位角分別對(duì)應(yīng)為Ftl, F1 A Fn,將Gtl和Ftl記為該定日鏡啟動(dòng)初始時(shí)刻的狀態(tài)； 第三步計(jì)算間隔t時(shí)間定日鏡高度角和方位角的相對(duì)變化量 間隔t時(shí)間高度角相對(duì)變化量為AG1, AG2, AG3, Λ，ΛGn，方位角相對(duì)變化量為AF1, AF2, AF3, Λ, ΛFn，其中 AG1=G1-G0 AF1=F1-F0 AG2=G2-G1 AF2=F2-F1 AG3=G3-G2, AF3=F3-F2 MMAGn=Gn-Gn^1 AFn=Fn-Flri 第四步定日鏡跟蹤太陽(yáng)的數(shù)據(jù)確定在綜合精度amrad范圍內(nèi)，利用算法求得適合鏡場(chǎng)中任意一個(gè)定日鏡的的跟蹤數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的方法，其特征在于，在特定精度下，適合定日鏡傳動(dòng)的跟蹤投射光斑的定日鏡數(shù)據(jù)由以下過(guò)程計(jì)算可得 〈1>記日出時(shí)刻(ta)(或系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)刻)定日鏡的高度角和方位角分別為Gtl和F。；〈2>確定時(shí)段值時(shí)段內(nèi)定日鏡的驅(qū)動(dòng)量是不變的，現(xiàn)計(jì)算特定時(shí)段內(nèi)定日鏡的驅(qū)動(dòng)量，令滿足的精度不超過(guò)α+c^，其中越小，精度越高，一般取α , =0. 5mrad，計(jì)算過(guò)程如下
3.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)2所述的方法，其特征在于，每時(shí)間間隔的兩條反射光線的夾角Θ由以下公式計(jì)算 現(xiàn)用函數(shù)表示從每間隔t時(shí)間光斑在集熱器上的位置坐標(biāo) (x0, y0, Z0) =f (HS0, AS0, G0, F0) ； .......................................(3) (I, >v,Zr) = f(HSr，ASr,Gn + rxAG,F0 + rxAF) I ^ r ^ n……(4) 由于空間三維坐標(biāo)系以定日鏡質(zhì)心為原點(diǎn)，則每間隔t時(shí)間間隔的兩條反射光線的夾角Θ的計(jì)算如下
4.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)3所述的方法，其特征在于，根據(jù)判斷每時(shí)間間隔的兩條反射光線的夾角Θ與綜合精度的大小，確定定日鏡在精度范圍內(nèi)的傳動(dòng)數(shù)據(jù)如下所示 如果Θ〈 α + α '，則將r變?yōu)閞+l繼續(xù)執(zhí)行以下步驟 (I)—⑵一⑶一⑷一(5)； 如果Θ彡α+α'，將r-1個(gè)時(shí)間間隔t作為第一個(gè)時(shí)段值，主要參數(shù)如下 驅(qū)動(dòng)時(shí)間范圍從t出至tfij + Cr-l) Xt ； 定日鏡高度角變化量; 定日鏡方位角變化量; 驅(qū)動(dòng)時(shí)間間隔t 從ta + (r-l) Xt至這段時(shí)間內(nèi)按照以上的〈1>和〈2>確定其他符合條件的定日鏡驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種與機(jī)械傳動(dòng)相匹配的定日鏡控制模型優(yōu)化方法。本發(fā)明制定了一套與機(jī)械傳動(dòng)相匹配的定日鏡控制數(shù)據(jù)體系。通過(guò)在鏡場(chǎng)位置觀測(cè)太陽(yáng)運(yùn)行軌跡及鏡場(chǎng)相關(guān)函數(shù)體系建立的定日鏡控制優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，在導(dǎo)入各定日鏡特征因子后，控制系統(tǒng)即給出與機(jī)械傳動(dòng)相匹配的驅(qū)動(dòng)定日鏡所需各時(shí)段值、時(shí)段內(nèi)高度角/方位角相對(duì)變化量和時(shí)間間隔等控制數(shù)據(jù)清單。本發(fā)明制定了不同精度要求下的控制數(shù)據(jù)清單。在效能/成本比的驅(qū)動(dòng)下，塔式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)鏡場(chǎng)中定日鏡群應(yīng)隨與距塔底距離不同設(shè)定不同的控制精度。在設(shè)定不同控制精度要求下，本方法通過(guò)相關(guān)數(shù)學(xué)模型即可給出相應(yīng)控制精度條件下的驅(qū)動(dòng)定日鏡所需各時(shí)段值、時(shí)段內(nèi)高度角/方位角相對(duì)變化量和時(shí)間間隔等控制數(shù)據(jù)清單。
文檔編號(hào)G05B13/00GK102929131SQ20121047710
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者王濤明, 周永福, 馬貴鵬, 汪騰飛, 王澤華, 牛震宇, 劉曉光, 姚成生, 鎖興亞, 陸棟, 冷貫?zāi)?申請(qǐng)人:寧夏光合能源科技有限公司