微波EDA网,见证研发工程师的成长! 2025婵犵數濮烽弫鍛婃叏閹绢喗鍎夊鑸靛姇缁狙囧箹鐎涙ɑ灏ù婊呭亾娣囧﹪濡堕崟顓炲闂佸憡鐟ョ换姗€寮婚敐澶婄闁挎繂妫Λ鍕磼閻愵剙鍔ゆ繛纭风節瀵鎮㈤崨濠勭Ф闂佸憡鎸嗛崨顔筋啅缂傚倸鍊烽懗鑸靛垔椤撱垹鍨傞柛顐f礀閽冪喖鏌曟繛鐐珕闁稿妫濋弻娑氫沪閸撗€妲堝銈呴獜閹凤拷04闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾剧懓顪冪€n亝鎹i柣顓炴閵嗘帒顫濋敐鍛婵°倗濮烽崑鐐烘偋閻樻眹鈧線寮撮姀鈩冩珕闂佽姤锚椤︻喚绱旈弴銏♀拻濞达綀娅g敮娑㈡煕閺冣偓濞茬喖鐛弽顓ф晝闁靛牆娲g粭澶婎渻閵堝棛澧遍柛瀣仱閹繝濡烽埡鍌滃幗闂佸搫娲ㄩ崑娑㈠焵椤掆偓濠€閬嶅焵椤掍胶鍟查柟鍑ゆ嫹12闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾剧懓顪冪€n亝鎹i柣顓炴閵嗘帒顫濋敐鍛婵°倗濮烽崑鐐烘偋閻樻眹鈧線寮撮姀鈩冩珖闂侀€炲苯澧扮紒顕嗙到铻栧ù锝堟椤旀洟姊洪悷鎵憼闁荤喆鍎甸幃姗€鍩¢崘顏嗭紲闂佺粯鐟㈤崑鎾绘煕閵娿儳鍩g€殿喖顭锋俊鎼佸煛閸屾矮绨介梻浣呵归張顒傜矙閹达富鏁傞柨鐕傛嫹 闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾剧懓顪冪€n亝鎹i柣顓炴閵嗘帒顫濋敐鍛婵°倗濮烽崑鐐烘偋閻樻眹鈧線寮撮姀鐘栄囨煕鐏炲墽鐓瑙勬礀閳规垿顢欑紒鎾剁窗闂佸憡顭嗛崘锝嗙€洪悗骞垮劚濞茬娀宕戦幘鑸靛枂闁告洦鍓涢敍娑㈡⒑閸涘⿴娈曞┑鐐诧躬閹即顢氶埀顒€鐣烽崼鏇ㄦ晢濠㈣泛顑嗗▍灞解攽閻樺灚鏆╁┑顔芥尦楠炲﹥寰勯幇顒傦紱闂佽宕橀褔鏌ㄩ妶鍡曠箚闁靛牆瀚崗宀勬煕濞嗗繑顥㈡慨濠呮缁辨帒螣閼姐値妲梻浣呵归敃銈咃耿闁秴鐒垫い鎺嶈兌閸熸煡鏌熼崙銈嗗闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧綊鏌i幋锝呅撻柛銈呭閺屻倝宕妷锔芥瘎婵炲濮甸懝楣冨煘閹寸偛绠犻梺绋匡攻椤ㄥ棝骞堥妸褉鍋撻棃娑欏暈鐎规洖寮堕幈銊ヮ渻鐠囪弓澹曢梻浣虹帛娓氭宕板☉姘变笉婵炴垶菤濡插牊绻涢崱妯哄妞ゅ繒鍠栧缁樻媴閼恒儳銆婇梺闈╃秶缁犳捇鐛箛娑欐櫢闁跨噦鎷�
首页 > 硬件设计 > 嵌入式设计 > 用80C196KC单片机实现太阳跟踪

用80C196KC单片机实现太阳跟踪

时间:02-13 来源:互联网 点击:

0 引 言

聚光式太阳集热器尽管必须精确地跟踪太阳,以确保好的效果,但仍然比普通的平面太阳集热装置有着明显的优势,特别是中温和高温应用。 

各种型式的装置,从简单到复杂,应用于太阳跟踪,主要可以分成两大类,即机械系统和电控系统。电控系统一般说来有较高的稳定性和跟踪精度。电控系统又可以进一步分为两大类:

1)用光学传感器作为反馈的模拟控制系统;  

2)计算机根据数学公式计算太阳位置进行跟踪,并通过光学传感器作为反馈的数字系统。

根据传感器工作的模拟系统适应性较差,在多云天气会盲目跟踪云层边沿的亮斑,造成能源的浪费和机械的额外磨损。

数字系统一般被认为具有较高的精度和较好的适应性,但是系统复杂而昂贵。

如果适当地对系统的计算对象进行简化,就可以用成本较低的单片机代替昂贵的可编程控制 器或者微型机实现数字化的跟踪控制系统。从而大大降低系统的成本,同时保留数字系统特有的灵活性和精确度。

1 系统描述

本文所述系统的跟踪策略是根据日期和时间控制聚光器的运动,并利用光学传感器调整聚光器的初始位置,在运行中对聚光器的位置进行校正。

如图1所示,系统由6个部分组成,分别是时钟、单片机、驱动机构、编码器、聚光镜和传感器。系统的核心部件是80C196KC单片机。

单片机利用时钟提供的日期和时间,计算出聚光镜的预期位置,与编码器提供的当前位置比较,输出控制信号。驱动装置根据单片机提供的信号转动聚光镜,同时通过编码器将运行速度或位置增量反馈到单片机,形成闭环控制系统。

由于当前位置是由增量式计算得到的,若当前位置的计算出现偏差,则不能够由反馈得到校正,从而形成累积位置偏差。为此,必须通过传感器监视聚光镜的位置是否与太阳偏离,当偏离时启动一个校正程序,达到消除当前位置误差的作用。

光学传感器A和B随聚光器一起运动,为单片机提供太阳辐射信息。传感器A采用文献[1]提到的金字塔形布置的光电池组,4块光电池分成两组,分别提供方位角和高度角的偏差信号,当聚光器轴线指向太阳时,输出零信号;偏离时,信号随偏离的角度以及太阳直射辐射强度的增加而增加(图2)。传感器B由一块接受全天辐射的光电池和一块遮挡直射辐射的光电池组成,提供太阳直射辐射强度信号,信号随直射辐射强度值的增加而增加(图3)。传感器A和B选用的所有光电池应尽量保持一致。

1)判断天空直射辐射的强度,在直射辐射较弱时不启动校正程序,从而避免多云天气的盲目跟踪;

2)通过简单的修正运算,降低甚至消除环境(太阳辐射、温度等)对偏差信号的影响,使修正后 的偏差信号在偏差角度相同时,能够较为一致。

2 控制系统

闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧綊鏌熼梻瀵割槮缁惧墽鎳撻—鍐偓锝庝簼閹癸綁鏌i鐐搭棞闁靛棙甯掗~婵嬫晲閸涱剙顥氬┑掳鍊楁慨鐑藉磻濞戔懞鍥偨缁嬪灝鐎俊銈忕到閸燁偆绮诲☉妯忓綊鏁愰崨顔跨缂備礁顑勯懗鍓佹閹捐纾兼慨姗嗗厴閸嬫捇鎮滈懞銉モ偓鍧楁煥閺囨氨鍔嶉柟鍐茬焸濮婄粯鎷呴崨濠傛殘闂佽崵鍠嗛崕鎶藉箲閵忕媭娼ㄩ柍褜鍓欓锝嗙節濮橆厼浜滅紒鐐妞存悂寮查鍕拺闁圭ǹ娴风粻鎾寸箾鐠囇呭埌閺佸牊淇婇妶鍛櫤闁稿鍓濈换婵囩節閸屾稑娅e銈忕到閵堟悂骞冩禒瀣垫晬婵炴垶蓱鐠囩偤姊虹拠鈥虫灍闁荤噦濡囬幑銏犫攽鐎n亞鍊為梺闈浤涢崘銊ヮ洭濠电姷鏁告慨鐑藉极閹间礁纾规い鏍仜閻掑灚銇勯幒鎴濐仼缁炬儳顭烽弻鐔煎礈瑜忕敮娑㈡煟閹惧娲撮柟顔筋殜閺佹劖鎯旈垾鑼晼濠电姭鎷冮崘顏冪驳闂侀€涚┒閸斿秶鎹㈠┑瀣窛妞ゆ洖鎳嶉崫妤呮⒒娴e憡璐¢柟铏尵閳ь剚姘ㄦ晶妤佺┍婵犲洤绠瑰ù锝堝€介妸鈺傜叆闁哄啠鍋撻柛搴$-缁辩偤骞掑Δ浣叉嫽闂佺ǹ鏈悷銊╁礂瀹€鍕厵闁惧浚鍋呭畷宀€鈧娲滈弫璇差嚕娴犲鏁囬柣鎰問閸炵敻姊绘担鑺ョ《闁革綇绠撻獮蹇涙晸閿燂拷...

6位单片机80C196KC具有较强的运算能力,通过编制程序可以完成浮点数的基本运算。由于太阳在天空的位置可以由纬度、日期和时间完全确定,因此利用这些信息可以达到精确跟踪 的目的。控制系统框图如图4所示。

闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧綊鏌熼梻瀵割槮缁惧墽鎳撻—鍐偓锝庝簼閹癸綁鏌i鐐搭棞闁靛棙甯掗~婵嬫晲閸涱剙顥氬┑掳鍊楁慨鐑藉磻濞戔懞鍥偨缁嬪灝鐎俊銈忕到閸燁偆绮诲☉妯忓綊鏁愰崨顔跨缂備礁顑勯懗鍓佹閹捐纾兼慨姗嗗厴閸嬫捇鎮滈懞銉モ偓鍧楁煥閺囨氨鍔嶉柟鍐茬焸濮婄粯鎷呴崨濠傛殘闂佽崵鍠嗛崕鎶藉箲閵忕媭娼ㄩ柍褜鍓欓锝嗙節濮橆厼浜滅紒鐐妞存悂寮查鍕拺闁圭ǹ娴风粻鎾寸箾鐠囇呭埌閺佸牊淇婇妶鍛櫤闁稿鍓濈换婵囩節閸屾稑娅e銈忕到閵堟悂骞冩禒瀣垫晬婵炴垶蓱鐠囩偤姊虹拠鈥虫灍闁荤噦濡囬幑銏犫攽鐎n亞鍊為梺闈浤涢崘銊ヮ洭濠电姷鏁告慨鐑藉极閹间礁纾规い鏍仜閻掑灚銇勯幒鎴濐仼缁炬儳顭烽弻鐔煎礈瑜忕敮娑㈡煟閹惧娲撮柟顔筋殜閺佹劖鎯旈垾鑼晼濠电姭鎷冮崘顏冪驳闂侀€涚┒閸斿秶鎹㈠┑瀣窛妞ゆ洖鎳嶉崫妤呮⒒娴e憡璐¢柟铏尵閳ь剚姘ㄦ晶妤佺┍婵犲洤绠瑰ù锝堝€介妸鈺傜叆闁哄啠鍋撻柛搴$-缁辩偤骞掑Δ浣叉嫽闂佺ǹ鏈悷銊╁礂瀹€鍕厵闁惧浚鍋呭畷宀€鈧娲滈弫璇差嚕娴犲鏁囬柣鎰問閸炵敻姊绘担鑺ョ《闁革綇绠撻獮蹇涙晸閿燂拷...

如前所述,系统采用单片机计算出的太阳方位作为聚光镜位置期望值输入,驱动装置的输出作为反馈构成闭环系统。为了达到稳定性和精确度的要求,分别采用了PD调节器和补偿通道。

闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧綊鏌熼梻瀵割槮缁惧墽鎳撻—鍐偓锝庝簼閹癸綁鏌i鐐搭棞闁靛棙甯掗~婵嬫晲閸涱剙顥氬┑掳鍊楁慨鐑藉磻濞戔懞鍥偨缁嬪灝鐎俊銈忕到閸燁偆绮诲☉妯忓綊鏁愰崨顔跨缂備礁顑勯懗鍓佹閹捐纾兼慨姗嗗厴閸嬫捇鎮滈懞銉モ偓鍧楁煥閺囨氨鍔嶉柟鍐茬焸濮婄粯鎷呴崨濠傛殘闂佽崵鍠嗛崕鎶藉箲閵忕媭娼ㄩ柍褜鍓欓锝嗙節濮橆厼浜滅紒鐐妞存悂寮查鍕拺闁圭ǹ娴风粻鎾寸箾鐠囇呭埌閺佸牊淇婇妶鍛櫤闁稿鍓濈换婵囩節閸屾稑娅e銈忕到閵堟悂骞冩禒瀣垫晬婵炴垶蓱鐠囩偤姊虹拠鈥虫灍闁荤噦濡囬幑銏犫攽鐎n亞鍊為梺闈浤涢崘銊ヮ洭濠电姷鏁告慨鐑藉极閹间礁纾规い鏍仜閻掑灚銇勯幒鎴濐仼缁炬儳顭烽弻鐔煎礈瑜忕敮娑㈡煟閹惧娲撮柟顔筋殜閺佹劖鎯旈垾鑼晼濠电姭鎷冮崘顏冪驳闂侀€涚┒閸斿秶鎹㈠┑瀣窛妞ゆ洖鎳嶉崫妤呮⒒娴e憡璐¢柟铏尵閳ь剚姘ㄦ晶妤佺┍婵犲洤绠瑰ù锝堝€介妸鈺傜叆闁哄啠鍋撻柛搴$-缁辩偤骞掑Δ浣叉嫽闂佺ǹ鏈悷銊╁礂瀹€鍕厵闁惧浚鍋呭畷宀€鈧娲滈弫璇差嚕娴犲鏁囬柣鎰問閸炵敻姊绘担鑺ョ《闁革綇绠撻獮蹇涙晸閿燂拷...

由于太阳运行位置的变化基本上属于斜坡输入,仅采用比例微分调节器时,闭环系统存在稳态误差ess=1/K。增大系统的K值可以减小稳态误差,但过大的K值会使系统的无阻尼自然频率接近或大于单片机的采样频率,使系统失去稳定性。积分项虽然可以消除系统的稳态误差,但一定条件下可能导致系统的稳定性变差。

闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧綊鏌熼梻瀵割槮缁惧墽鎳撻—鍐偓锝庝簼閹癸綁鏌i鐐搭棞闁靛棙甯掗~婵嬫晲閸涱剙顥氬┑掳鍊楁慨鐑藉磻濞戔懞鍥偨缁嬪灝鐎俊銈忕到閸燁偆绮诲☉妯忓綊鏁愰崨顔跨缂備礁顑勯懗鍓佹閹捐纾兼慨姗嗗厴閸嬫捇鎮滈懞銉モ偓鍧楁煥閺囨氨鍔嶉柟鍐茬焸濮婄粯鎷呴崨濠傛殘闂佽崵鍠嗛崕鎶藉箲閵忕媭娼ㄩ柍褜鍓欓锝嗙節濮橆厼浜滅紒鐐妞存悂寮查鍕拺闁圭ǹ娴风粻鎾寸箾鐠囇呭埌閺佸牊淇婇妶鍛櫤闁稿鍓濈换婵囩節閸屾稑娅e銈忕到閵堟悂骞冩禒瀣垫晬婵炴垶蓱鐠囩偤姊虹拠鈥虫灍闁荤噦濡囬幑銏犫攽鐎n亞鍊為梺闈浤涢崘銊ヮ洭濠电姷鏁告慨鐑藉极閹间礁纾规い鏍仜閻掑灚銇勯幒鎴濐仼缁炬儳顭烽弻鐔煎礈瑜忕敮娑㈡煟閹惧娲撮柟顔筋殜閺佹劖鎯旈垾鑼晼濠电姭鎷冮崘顏冪驳闂侀€涚┒閸斿秶鎹㈠┑瀣窛妞ゆ洖鎳嶉崫妤呮⒒娴e憡璐¢柟铏尵閳ь剚姘ㄦ晶妤佺┍婵犲洤绠瑰ù锝堝€介妸鈺傜叆闁哄啠鍋撻柛搴$-缁辩偤骞掑Δ浣叉嫽闂佺ǹ鏈悷銊╁礂瀹€鍕厵闁惧浚鍋呭畷宀€鈧娲滈弫璇差嚕娴犲鏁囬柣鎰問閸炵敻姊绘担鑺ョ《闁革綇绠撻獮蹇涙晸閿燂拷...

令Z(s)=1,则原系统的特征方程不变,因而稳定性不发生变化。令上式右端分子的零阶和一阶项的系数为零,则斜坡输入的稳态误差为零。  

设L(s)=L0+L1 s,代入上式右端分子,可得:

闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧綊鏌熼梻瀵割槮缁惧墽鎳撻—鍐偓锝庝簼閹癸綁鏌i鐐搭棞闁靛棙甯掗~婵嬫晲閸涱剙顥氬┑掳鍊楁慨鐑藉磻濞戔懞鍥偨缁嬪灝鐎俊銈忕到閸燁偆绮诲☉妯忓綊鏁愰崨顔跨缂備礁顑勯懗鍓佹閹捐纾兼慨姗嗗厴閸嬫捇鎮滈懞銉モ偓鍧楁煥閺囨氨鍔嶉柟鍐茬焸濮婄粯鎷呴崨濠傛殘闂佽崵鍠嗛崕鎶藉箲閵忕媭娼ㄩ柍褜鍓欓锝嗙節濮橆厼浜滅紒鐐妞存悂寮查鍕拺闁圭ǹ娴风粻鎾寸箾鐠囇呭埌閺佸牊淇婇妶鍛櫤闁稿鍓濈换婵囩節閸屾稑娅e銈忕到閵堟悂骞冩禒瀣垫晬婵炴垶蓱鐠囩偤姊虹拠鈥虫灍闁荤噦濡囬幑銏犫攽鐎n亞鍊為梺闈浤涢崘銊ヮ洭濠电姷鏁告慨鐑藉极閹间礁纾规い鏍仜閻掑灚銇勯幒鎴濐仼缁炬儳顭烽弻鐔煎礈瑜忕敮娑㈡煟閹惧娲撮柟顔筋殜閺佹劖鎯旈垾鑼晼濠电姭鎷冮崘顏冪驳闂侀€涚┒閸斿秶鎹㈠┑瀣窛妞ゆ洖鎳嶉崫妤呮⒒娴e憡璐¢柟铏尵閳ь剚姘ㄦ晶妤佺┍婵犲洤绠瑰ù锝堝€介妸鈺傜叆闁哄啠鍋撻柛搴$-缁辩偤骞掑Δ浣叉嫽闂佺ǹ鏈悷銊╁礂瀹€鍕厵闁惧浚鍋呭畷宀€鈧娲滈弫璇差嚕娴犲鏁囬柣鎰問閸炵敻姊绘担鑺ョ《闁革綇绠撻獮蹇涙晸閿燂拷...

由于补偿通道消除了系统的静态误差。主通道不再需要安排积分环节消除稳态误差,成为比例微分控制,有利于系统的稳定性。对于不同的被控对象,可以选用不同的L1、k1和Td值,使系统的稳定性和动态特性得到保证。这种参数的调整非常简便,体现了数字控制的优越性。

对图4虚框中的传递函数离散化时,可以将微分项用后向差分代替,算法非常简单。采用足够小的采样周期时,可以保证离散化后的系统不会失去稳定性。单片机采用12MHz晶振时,定时器1溢出的周期约为87ms,具有50多万个状态周期[4],足以完成简单的计算任务,而太阳在这样短时间内的位置移动可以忽略不计。因此用定时器1溢出的周期作为采样周期有以下优点:

1)可以满足计算任务。对于试验系统的时效分析表明,控制计算所用的机时不及总机时的15%;

2)当选取系统总增益K,使闭环系统的无阻尼自然频

鐏忓嫰顣舵稉鎾茬瑹閸╃顔勯弫娆戔柤閹恒劏宕�

Copyright © 2017-2020 微波EDA网 版权所有

网站地图

Top