專利名稱：一種太陽能跟蹤裝置及其控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能跟蹤系統領域。
背景技術：
開發新能源和可再生能源是全世界面臨的共同課題，太陽能發電已成為全球發展速度最快的技術之一。太陽能光伏發電作為太陽能利用的主要方式之一，具有資源潛力大、 可持續利用等特點。目前，許多太陽能跟蹤系統采用伺服電機驅動，雖然具有控制方便、組成靈活等優點，但存在傳動裝置復雜、動態穩定性不夠、定位精度不足、成本高等不足之處。
發明內容
發明目的本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種定位精確、動態穩定性高、成本低的太陽能跟蹤裝置及其控制系統。本發明采用的技術方案一種太陽能跟蹤裝置，包括太陽能電池板組件安裝架、齒輪傳動裝置、雙軸液壓驅動裝置；太陽能電池板組件安裝架包括組件安裝板和支架底板， 組件安裝板和支架底板間連接；齒輪傳動裝置包括第一齒輪、第二齒輪，第一齒輪、第二齒輪互相嚙合；雙軸液壓驅動裝置包括拉桿液壓缸、伺服擺動缸、拉桿缸伺服閥、擺動缸伺服閥、位移傳感器、測度點的磁鐵以及液壓泵、濾油器、溢流閥、壓力表、單向閥，所述的液壓泵、濾油器、溢流閥、壓力表、單向閥串聯連接，液壓泵分別與拉桿缸伺服閥、擺動缸伺服閥連接；所述拉桿液壓缸的缸體尾端與所述的支架底板連接，該拉桿液壓缸的活塞桿伸出端與所述的組件安裝板相連接；在該拉桿液壓缸的推動下，實現組件安裝板相對于支架底板做俯仰運動，從而完成第一個軸方向的伺服定位；所述的位移傳感器的傳感頭與拉桿液壓缸的無桿端剛性連接，所述的測度點的磁鐵與拉桿液壓缸的移動活塞連接，所述的第二齒輪與支架底板連接，所述伺服擺動缸的缸體的內部活塞驅動齒輪齒條機構從轉軸輸出轉角運動，再通過第一齒輪和第二齒輪的傳動將轉角輸出傳遞到太陽能電池板組件安裝架的支架底板，帶動組件安裝板及拉桿液壓缸繞第二齒輪的轉軸轉動，實現第二個軸方向的伺服定位。作為優選，所述的組件安裝板和支架底板之間通過鉸鏈邊對邊連接，組件安裝板能夠繞該鉸鏈相對于支架底板在0° -90°范圍內旋轉。作為優選，所述的組件安裝板及拉桿液壓缸繞第二齒輪的轉軸在0° -360°范圍內轉動。作為優選，所述拉桿液壓缸的缸體尾端與所述的支架底板間通過鉸鏈連接；所述拉桿液壓缸的活塞桿的伸出端通過鉸鏈與所述的組件安裝板相連接。作為優選，所述的位移傳感器為帶磁致伸縮直線位移傳感器。一種如上述太陽能跟蹤裝置的控制系統，包括微處理器、觸摸屏接口、第一電液位置伺服系統、第二電液位置伺服系統，觸摸屏接口構成的觸摸屏人機界面對第一電液位置伺服系統、第二電液位置伺服系統進行參數設定及工作狀況監控；第一電液位置伺服系統包括 A/D(Analog/Digital 模擬 / 數字)接口、DO (Digital Output 數字輸出)接口、 PWM(Pulse-Width Modulation脈沖寬度調制)脈沖輸出端、極性轉換電路、伺服放大電路、 拉桿缸伺服閥、位移傳感器，伺服放大器與拉桿伺服閥電連接，位移傳感器與拉桿液壓缸電連接，位移傳感器對拉桿液壓缸進行位置檢測；第二電液位置伺服系統包括DI (Digital Input數字輸入)接口、DO接口、PWM脈沖輸出端、極性轉換電路、伺服放大電路、角度編碼器，伺服放大器與擺動缸伺服閥電連接，角度編碼器與伺服擺動液壓缸電連接。所述的第一電液位置伺服系統對拉桿液壓缸進行伺服控制微處理器通過A/D轉換接口采集拉桿液壓缸的位移傳感器輸出的模擬信號，將該模擬信號傳送到微處理器中進行數字濾波、線性化處理，得到實測位移量，把該實測位移量與控制要求的位移量進行比較計算，得出誤差量，再根據這個誤差量輸出控制量，用該控制量從DO接口輸出，控制PWM 脈寬調制信號，PWM脈寬調制信號從PWM脈沖輸出端輸出，通過極性轉換電路、伺服放大電路，對PWM脈寬調制信號進行極性轉換、放大，放大后的控制信號進入拉桿缸伺服閥的輸入線圈中，驅動拉桿缸伺服閥動作，產生流量控制拉桿液壓缸的活塞運動，當誤差量存在時， 拉桿缸伺服閥產生一個對應的流量，使拉桿液壓缸的活塞帶動負載運動，而拉桿液壓缸的活塞運動帶動位移傳感器的活動端測度點的磁鐵運動，因而反饋的位移檢測信號也隨之變化，通過不停的反饋調整，拉桿缸伺服閥的輸出流量也隨之減小，因而拉桿液壓缸的活塞運動開始減慢，直到誤差量到達設定的范圍之內；
第二電液位置伺服系統與第一電液位置伺服系統區別在于位置檢測采用增量式角度編碼器，該增量式角度編碼器輸出脈沖數字信號，直接從DI接口輸入微處理器進行處理， 處理后得到的輸出信號通過DO接口、PWM脈沖輸出端、極性轉換電路，伺服放大電路，進入擺動缸伺服閥的輸入線圈中，驅動伺服擺動液壓缸動作。有益的效果本發明以液壓系統為動力來源，通過液壓驅動裝置和電液伺服控制系統實現對液壓缸的伺服定位控制，進而完成太陽能跟蹤裝置所需的雙軸方向的伺服定位任務。與完全采用伺服電機驅動的雙軸伺服系統相比，本發明的突出優點是體積小、重量輕、慣性小、穩定性強、力或力矩大，從而有效提高了系統響應的實時性。同時，本發明的電液伺服控制系統采用基于ARM架構的32位微處理器為核心控制元件，具有較強的數據處理能力和數量較多的接口類型，因此軟件和外圍硬件的可擴展性強，有利于充分利用各種嵌入式系統控制技術和資源，進一步提高太陽能跟蹤系統的自動化程度，實現無人操縱、過程自動控制及遠程監控。
圖1為本發明的太陽能跟蹤系統總體結構示意圖。圖2為本發明的雙軸液壓驅動裝置組成結構示意圖。圖3為本發明的太陽能跟蹤裝置的控制系統組成示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明作進一步說明
如圖1、2所示，一種太陽能跟蹤裝置，包括太陽能電池板組件安裝架、雙軸液壓驅動裝置、齒輪傳動裝置、雙軸電液伺服控制系統。太陽能電池板組件安裝架包括用于安裝太陽能電池板的組件安裝板1、支架底板11、用于連接組件安裝板1和支架底板11的鉸鏈2。組件安裝板1能夠繞鉸鏈2相對于支架底板11在0° 90°范圍內旋轉。太陽能電池板可平面鋪設并固定于組件安裝板1上，隨組件安裝板1 一起做旋轉運動。齒輪傳動裝置包括齒輪3和齒輪7。齒輪3安裝于伺服擺動缸5的輸出轉軸上，隨該輸出轉軸旋轉。齒輪7與支架底板11固定安裝，通過與齒輪3的嚙合運動，帶動支架底板11繞齒輪7的轉軸旋轉。雙軸液壓驅動裝置包括拉桿液壓缸9、伺服擺動缸5、拉桿缸伺服閥22、擺動缸伺服閥16以及液壓泵17、濾油器18、溢流閥19、壓力表20、單向閥21等液壓回路元件，所述的液壓泵17、濾油器18、溢流閥19、壓力表20、單向閥21串聯連接，液壓泵17分別與拉桿缸伺服閥22、擺動缸伺服閥16連接。拉桿液壓缸9的缸體尾端與太陽能電池板組件安裝架的支架底板11間通過鉸鏈10連接，其活塞桿8伸出端通過鉸鏈12與太陽能電池板組件安裝架的組件安裝板1相連接。在拉桿液壓缸9的推動下，實現組件安裝板1相對于支架底板11做0° 90°范圍內的俯仰運動，從而完成第一個軸方向的伺服定位。伺服擺動缸5的缸體4內部活塞驅動齒輪齒條機構從轉軸6輸出轉角運動，再通過嚙合齒輪3和齒輪7將轉角輸出傳遞到太陽能電池板組件安裝架的支架底板11，帶動太陽能電池板組件安裝架及拉桿液壓缸9繞齒輪7的轉軸在0° 360°范圍內轉動，實現第二個軸方向的伺服定位。拉桿液壓缸9的位置檢測通過位移傳感器14進行，該位移傳感器14采用帶磁致伸縮直線位移傳感器，其傳感頭與拉桿液壓缸9的無桿端剛性連接，而作為測度點的磁鐵13則連接于拉桿液壓缸9的移動活塞上。伺服擺動缸5的轉角檢測通過增量式角度編碼器15進行。如圖2、圖3所示一種如上述太陽能跟蹤裝置的控制系統，包括微處理器23、觸摸屏接口 36、第一電液位置伺服系統、第二電液位置伺服系統，觸摸屏接口(36)構成的觸摸屏人機界面對所述的第一電液位置伺服系統、第二電液位置伺服系統進行參數設定及工作狀況監控；第一電液位置伺服系統包括A/D接口(29)、D0接口 24、PWM脈沖輸出端25、極性轉換電路26、伺服放大電路27、拉桿缸伺服閥22、位移傳感器14，伺服放大器27與拉桿伺服閥22電連接，位移傳感器14與拉桿液壓缸9電連接，位移傳感器14對拉桿液壓缸9進行位置檢測；第二電液位置伺服系統包括DI接口 30、D0接口 35、PWM脈沖輸出端34、極性轉換電路33、伺服放大電路32、角度編碼器15，伺服放大器32與擺動缸伺服閥16電連接，角度編碼器15與伺服擺動液壓缸5電連接。所述的第一電液位置伺服系統對拉桿液壓缸9進行伺服控制微處理器23通過A/D轉換接口四采集拉桿液壓缸9的位移傳感器14輸出的模擬信號觀，將該模擬信號觀傳送到微處理器23中進行數字濾波、線性化處理，得到實測位移量，把該實測位移量與控制要求的位移量進行比較計算，得出誤差量，再根據這個誤差量輸出控制量，用該控制量從DO接口 M輸出，控制PWM脈寬調制信號，PWM脈寬調制信號從PWM脈沖輸出端25輸出，通過極性轉換電路(26)、伺服放大電路27，對PWM脈寬調制信號進行極性轉換、放大，放大后的控制信號進入拉桿缸伺服閥22的輸入線圈中，驅動拉桿缸伺服閥22動作，產生流量控制拉桿液壓缸9的活塞運動，當誤差量存在時，拉桿缸伺服閥22產生一個對應的流量，使拉桿液壓缸9的活塞帶動負載運動，而拉桿液壓缸9的活塞運動帶動位移傳感器14的活動端測度點的磁鐵13運動，因而反饋的位移檢測信號也隨之變化，通過不停的反饋調整，拉桿缸伺服閥22的輸出流量也隨之減小，因而拉桿液壓缸(9)的活塞運動開始減慢，直到誤差量到達設定的范圍之內。第二電液位置伺服系統與第一電液位置伺服系統區別在于位置檢測采用增量式角度編碼器15，該增量式角度編碼器15輸出脈沖數字信號31，直接從DI接口 30輸入微處理器23進行處理，處理后得到的輸出信號通過DO接口 35、PWM脈沖輸出端34、極性轉換電路33，伺服放大電路32，進入擺動缸伺服閥16的輸入線圈中，驅動伺服擺動液壓缸5動作。以上顯示和描述了本發明的基本原理，但本發明的保護范圍不限于上述的實施例，對于本技術領域技術人員而言，在本發明的啟示下，能夠從本專利公開內容中直接導出或聯想一些原理相同的基本變形，或現有技術中常用公知技術的替代，以及特征間的相互不同組合，相同或相似技術效果的技術特征簡單改換，都屬于本發明保護范圍。
權利要求
1.一種太陽能跟蹤裝置，其特征在于包括太陽能電池板組件安裝架、齒輪傳動裝置、 雙軸液壓驅動裝置；太陽能電池板組件安裝架包括組件安裝板(1)和支架底板(11)，組件安裝板(1)和支架底板(11)間連接；齒輪傳動裝置包括第一齒輪(3)、第二齒輪(7)，第一齒輪(3)、第二齒輪(7)互相嚙合；雙軸液壓驅動裝置包括拉桿液壓缸(9)、伺服擺動缸(5)、 拉桿缸伺服閥(22)、擺動缸伺服閥(16)、位移傳感器(14)、增量式角度編碼器(15)、測度點的磁鐵(13)以及液壓泵(17)、濾油器(18)、溢流閥(19)、壓力表(20)、單向閥(21)，液壓泵 (17)分別與拉桿缸伺服閥(22)、擺動缸伺服閥(16)連接；所述拉桿液壓缸(9)的缸體尾端與所述的支架底板(11)連接，該拉桿液壓缸(9)的活塞桿(8)伸出端與所述的組件安裝板 (1)相連接；在該拉桿液壓缸(9)的推動下，實現組件安裝板(1)相對于支架底板(11)做俯仰運動，完成第一個軸方向的伺服定位；所述的位移傳感器(14)的傳感頭與拉桿液壓缸 (9)的無桿端剛性連接，所述的測度點的磁鐵(13)與拉桿液壓缸(9)的移動活塞連接，所述的第二齒輪(7)與支架底板(11)連接，所述伺服擺動缸(5)的缸體(4)的內部活塞驅動齒輪齒條機構從轉軸(6)輸出轉角運動，通過第一齒輪(3)和第二齒輪(7)的傳動將轉角輸出傳遞到所述的支架底板(11)，帶動組件安裝板(1)及拉桿液壓缸(9)繞第二齒輪(7)的轉軸轉動，實現第二個軸方向的伺服定位。
2.根據權利要求1所述的太陽能跟蹤裝置，其特征在于所述的組件安裝板(1)和支架底板(11)之間通過鉸鏈(2)邊對邊連接，組件安裝板(1)能夠繞該鉸鏈(2)相對于支架底板(11)在0° — 90°范圍內旋轉。
3.根據權利要求1所述的太陽能跟蹤裝置，其特征在于所述的組件安裝板(1)及拉桿液壓缸(9)能夠繞第二齒輪(7)的轉軸在0° — 360°范圍內轉動。
4.根據權利要求1所述的太陽能跟蹤裝置，其特征在于所述拉桿液壓缸(9)的缸體尾端與太陽能電池板組件安裝架的支架底板(11)間通過鉸鏈(10)連接；所述拉桿液壓缸(9) 的活塞桿(8)的伸出端通過鉸鏈(12)與所述的組件安裝板(1)相連接。
5.根據權利要求1-4中任意一項所述的太陽能跟蹤裝置，其特征在于所述的位移傳感器(14)為帶磁致伸縮直線位移傳感器。
6.一種如權利要求1所述的太陽能跟蹤裝置的控制系統，其特征在于包括微處理器 (23)、觸摸屏接口(36)、第一電液位置伺服系統、第二電液位置伺服系統，觸摸屏接口(36) 構成的觸摸屏人機界面對所述的第一電液位置伺服系統、第二電液位置伺服系統進行參數設定及工作狀況監控；第一電液位置伺服系統包括A/D接口(29)、D0接口(24)、PWM脈沖輸出端(25)、極性轉換電路(26)、伺服放大電路(27)、拉桿缸伺服閥(22)、位移傳感器(14)， 伺服放大器(27)與拉桿伺服閥(22)電連接，位移傳感器(14)與拉桿液壓缸(9)電連接，位移傳感器(14)對拉桿液壓缸(9)進行位置檢測；第二電液位置伺服系統包括DI接口(30)、 DO接口(35)、PWM脈沖輸出端(34)、極性轉換電路(33)、伺服放大電路(32)、角度編碼器 (15)，伺服放大器(32)與擺動缸伺服閥(16)電連接，角度編碼器(15)與伺服擺動液壓缸 (5)電連接；所述的第一電液位置伺服系統對拉桿液壓缸(9)進行伺服控制微處理器(23)通過 A/D轉換接口(29)采集拉桿液壓缸(9)的位移傳感器(14)輸出的模擬信號(28)，將該模擬信號(28)傳送到微處理器(23)中進行數字濾波、線性化處理，得到實測位移量，把該實測位移量與控制要求的位移量進行比較計算，得出誤差量，再根據這個誤差量輸出控制量，用該控制量從DO接口(24)輸出，控制PWM脈寬調制信號，PWM脈寬調制信號從PWM脈沖輸出端(25)輸出，通過極性轉換電路(26)、伺服放大電路(27)，對PWM脈寬調制信號進行極性轉換、放大，放大后的控制信號進入拉桿缸伺服閥(22)的輸入線圈中，驅動拉桿缸伺服閥 (22)動作，產生流量控制拉桿液壓缸(9)的活塞運動，當誤差量存在時，拉桿缸伺服閥(22) 產生一個對應的流量，使拉桿液壓缸(9)的活塞帶動負載運動，而拉桿液壓缸(9)的活塞運動帶動位移傳感器(14)的活動端測度點的磁鐵(13)運動，因而反饋的位移檢測信號也隨之變化，通過不停的反饋調整，拉桿缸伺服閥(22)的輸出流量也隨之減小，因而拉桿液壓缸 (9)的活塞運動開始減慢，直到誤差量到達設定的范圍之內；第二電液位置伺服系統與第一電液位置伺服系統區別在于位置檢測采用增量式角度編碼器(15)，該增量式角度編碼器(15)輸出脈沖數字信號(31)，直接從DI接口(30)輸入微處理器(23)進行處理，處理后得到的輸出信號通過DO接口(35)、PWM脈沖輸出端(34)、 極性轉換電路(33)，伺服放大電路(32)，進入擺動缸伺服閥(16)的輸入線圈中，驅動伺服擺動液壓缸(5)動作。
全文摘要
本發明涉及一種太陽能跟蹤裝置及其控制系統，包括太陽能電池板組件安裝架、齒輪傳動裝置、雙軸液壓驅動裝置及太陽能跟蹤裝置控制系統，通過液壓驅動裝置和電液伺服控制系統實現對液壓缸的伺服定位控制，進而完成太陽能跟蹤裝置所需的雙軸方向的伺服定位任務。
文檔編號G05D3/12GK102393752SQ201110295680
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者孫兵 申請人:南通紡織職業技術學院