本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種塔式太陽能集熱裝置中定日鏡的控制方法，利用相關(guān)數(shù)學(xué)模型建立各定日鏡高度角和方位角變化數(shù)據(jù)清單，確保任一時(shí)刻定日鏡能夠精確跟蹤太陽并投射光斑至集熱器指定位置，通過找到發(fā)生機(jī)械誤差后定日鏡面質(zhì)心位置并予以該位置新的跟蹤模型的方法，消除該定日鏡產(chǎn)生的機(jī)械誤差，在滿足可控精度的條件下，給出一種與機(jī)械傳動相匹配的定日鏡控制數(shù)據(jù)優(yōu)化方法，包容控制系統(tǒng)機(jī)械誤差生產(chǎn)的影響，降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)可靠性。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及塔式太陽能集熱系統(tǒng)
，特別是一種。
技術(shù)介紹
塔式太陽能集熱裝置中，一般采用雙軸驅(qū)動的定日鏡控制方法，依據(jù)太陽運(yùn)行軌跡相關(guān)數(shù)據(jù)，建立由鏡場及單個定日鏡跟蹤與投射控制數(shù)學(xué)模型、機(jī)械誤差校準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型以及工程優(yōu)化數(shù)學(xué)模型等控制方法組成的體系。該方法、體系的功能與質(zhì)量將直接影響塔式太陽能集熱系統(tǒng)的太陽能收集能力與效果。但是，目前雙軸驅(qū)動式定日鏡的控制方法與系統(tǒng)存在以下問題I)定日鏡跟蹤控制模型尚有較大改進(jìn)空間。由于現(xiàn)有技術(shù)中跟蹤控制模型設(shè)計(jì)還存在一些缺陷且操作過程復(fù)雜，致使成本增高。2)機(jī)械誤差校準(zhǔn)不完全。現(xiàn)有技術(shù)只是針對某一時(shí)刻的機(jī)械誤差進(jìn)行了校正，但不能實(shí)現(xiàn)任一時(shí)段跟蹤行程的機(jī)械誤差校準(zhǔn)功能，即除機(jī)械誤差被校準(zhǔn)的時(shí)刻之外，其他時(shí)刻定日鏡仍然存在機(jī)械誤差致使投射光斑誤差較大，要對其再次進(jìn)行校準(zhǔn)，所需時(shí)間較多，成本增大。3)在精確控制理論值與現(xiàn)行傳動機(jī)構(gòu)組合框架下如何優(yōu)化控制方法。由于現(xiàn)有技術(shù)還不能很好解決控制理論值與現(xiàn)行傳動機(jī)構(gòu)組合框架下的最佳控制方法，致使要么傳動機(jī)構(gòu)頻繁啟停造成機(jī)械損傷，要么啟停頻率過低而達(dá)不到預(yù)想的控制精度。即其如何優(yōu)化該模式下的控制方法仍有較大研究余地。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種，實(shí)現(xiàn)定日鏡精確投射光斑、完全校準(zhǔn)機(jī)械誤差、與機(jī)械傳動相匹配的定日鏡控制模型優(yōu)化。本專利技術(shù)按照下述方案實(shí)現(xiàn)，利用相關(guān)數(shù)學(xué)模型建立各定日鏡高度角和方位角變化數(shù)據(jù)清單，確保任一時(shí)刻定日鏡能夠精確跟蹤太陽并投射光斑至集熱器指定位置，通過找到發(fā)生機(jī)械誤差后定日鏡面質(zhì)心位置并予以該位置新的跟蹤模型的方法，消除該定日鏡產(chǎn)生的機(jī)械誤差，在滿足可控精度的條件下，給出一種與機(jī)械傳動相匹配的定日鏡控制數(shù)據(jù)優(yōu)化方法，包容控制系統(tǒng)機(jī)械誤差生產(chǎn)的影響，降低系統(tǒng)成本，提聞系統(tǒng)可罪性；控制投射光斑位置包括以下步驟(I)以定日鏡鏡面中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立三維空間坐標(biāo)系，并以正北方向?yàn)槎ㄈ甄R跟蹤投射太陽光斑的基準(zhǔn)點(diǎn)；(2)設(shè)定一集熱器用于接受定日鏡所投射的太陽光斑；(3)選取高精度精密測量儀器測得定日鏡相對集熱器在三維空間中所處地理位置坐標(biāo)以及集熱器中心點(diǎn)距定日鏡鏡面中心點(diǎn)的垂直距離；(4)選取一種高精度太陽位置定位系統(tǒng)用于獲取太陽的高度角和方位角；(5)將上述所述的定日鏡地理位置坐標(biāo)(X，y)、集熱器中心點(diǎn)距定日鏡鏡面中心點(diǎn)的垂直距離h及太陽的高度角HS、方位角AS代入定日鏡高精度投射太陽光斑算法中，經(jīng)過上位機(jī)控制系統(tǒng)精確運(yùn)算出定日鏡高度角和方位角。特定地理坐標(biāo)系下的任意時(shí)刻的定日鏡高度角和方位角的計(jì)算公式如下權(quán)利要求1.，利用相關(guān)數(shù)學(xué)模型建立各定日鏡高度角和方位角變化數(shù)據(jù)清單，確保任一時(shí)刻定日鏡能夠精確跟蹤太陽并投射光斑至集熱器指定位置，通過找到發(fā)生機(jī)械誤差后定日鏡面質(zhì)心位置并予以該位置新的跟蹤模型的方法，消除該定日鏡產(chǎn)生的機(jī)械誤差，在滿足可控精度的條件下，給出一種與機(jī)械傳動相匹配的定日鏡控制數(shù)據(jù)優(yōu)化方法，包容控制系統(tǒng)機(jī)械誤差生產(chǎn)的影響，降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)可靠性。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于控制投射光斑位置包括以下步驟 (1)以定日鏡鏡面中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立三維空間坐標(biāo)系，并以正北方向?yàn)槎ㄈ甄R跟蹤投射太陽光斑的基準(zhǔn)點(diǎn)； (2)設(shè)定一集熱器用于接受定日鏡所投射的太陽光斑； (3)選取高精度精密測量儀器測得定日鏡相對集熱器在三維空間中所處地理位置坐標(biāo)以及集熱器中心點(diǎn)距定日鏡鏡面中心點(diǎn)的垂直距離； (4)選取一種高精度太陽位置定位系統(tǒng)用于獲取太陽的高度角和方位角； (5)將上述所述的定日鏡地理位置坐標(biāo)(x，y)、集熱器中心點(diǎn)距定日鏡鏡面中心點(diǎn)的垂直距離h及太陽的高度角HS、方位角AS代入定日鏡高精度投射太陽光斑算法中，經(jīng)過上位機(jī)控制系統(tǒng)精確運(yùn)算出定日鏡高度角和方位角。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，特定地理坐標(biāo)系下的任意時(shí)刻的定日鏡高度角和方位角的計(jì)算公式如下4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于定日鏡機(jī)械誤差校準(zhǔn)的方法是利用攝像機(jī)拍攝的圖片判斷集熱器上光斑的位置，光斑的質(zhì)心位置與指定位置相比較，如有偏差，說明定日鏡發(fā)生了機(jī)械誤差，記錄此刻太陽的高度角和方位角、形成偏差光斑時(shí)定日鏡的高度角和方位角以及定日鏡支架的高度和相對于定日鏡集熱器中心點(diǎn)的位置坐標(biāo)，通過計(jì)算模型推算出發(fā)生偏差后定日鏡的質(zhì)心點(diǎn)相對于原定日鏡質(zhì)心位置的坐標(biāo)，將定日鏡質(zhì)心的偏移量，通過坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化到集熱器質(zhì)心點(diǎn)的偏移量，建立新的定日鏡中心點(diǎn)，并在以此為原點(diǎn)的坐標(biāo)系下確定集熱器指定的位置坐標(biāo)，以發(fā)生機(jī)械誤差后的定日鏡為基準(zhǔn)，再次計(jì)算發(fā)送至該定日鏡跟蹤并投射光斑的數(shù)據(jù)，達(dá)到高效率跟蹤并且投射太陽光斑的目的。5.如權(quán)利要求書4所述的方法，其特征在于，發(fā)生機(jī)械誤差后定日鏡的質(zhì)心點(diǎn)相對于原定日鏡質(zhì)心位置的坐標(biāo)由以下模型推導(dǎo)得到6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于與機(jī)械傳動相匹配的定日鏡控制優(yōu)化方法包括以下步驟 第一步確定定日鏡驅(qū)動時(shí)間間隔t :基于鏡場中某一特定定日鏡，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)動時(shí)間間隔相對較小，通過計(jì)算可以得出從日出t出-t落每間隔t時(shí)間太陽的高度角HS0，HS1, AHSn,太陽的方位角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和方位角分別對應(yīng)為Ftl, F1 A Fn,將Gtl和Ftl記為該定日鏡啟動初始時(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變化量間隔t時(shí)間高度角相對變化量為=AG1, AG2, AG3, A, AGn，方位角相對變化量為=AF1, AF2, AF3, A, AFn,^中 AG1=G1-G0AF1=F1-F0 AG2=G2-G1AF2=F2-F1 AG3=G3-G2,AF3=F3-F2 MM AGn=Gn-GlriAFn=Fn-Fn^1 第四步定日鏡跟蹤太陽的數(shù)據(jù)確定在綜合精度a mrad范圍內(nèi)，利用算法求得適合鏡場中任意一個定日鏡的的跟蹤數(shù)據(jù)。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于在特定精度下，適合定日鏡傳動的跟蹤投射光斑的定日鏡數(shù)據(jù)由以下過程計(jì)算可得 〈1>記日出時(shí)刻(tj (或系統(tǒng)啟動時(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)動量是不變的，現(xiàn)計(jì)算特定時(shí)段內(nèi)定日鏡的驅(qū)動量，令滿足的精度不超過a+a '，其中a '越小，精度越高，一般取a , =0. 5mrad，計(jì)算過程如下8.根據(jù)權(quán)利要求書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0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)9.根據(jù)權(quán)利要求書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9與綜合精度的大小，確定定日鏡在精度范圍內(nèi)的傳動數(shù)據(jù)如下所示 如果0〈 a + a '，則將r變?yōu)閞+1繼續(xù)執(zhí)行以下步驟 (I)—⑵一⑶一⑷一(5)； 如本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
塔式太陽能集熱裝置中定日鏡的控制方法，利用相關(guān)數(shù)學(xué)模型建立各定日鏡高度角和方位角變化數(shù)據(jù)清單，確保任一時(shí)刻定日鏡能夠精確跟蹤太陽并投射光斑至集熱器指定位置，通過找到發(fā)生機(jī)械誤差后定日鏡面質(zhì)心位置并予以該位置新的跟蹤模型的方法，消除該定日鏡產(chǎn)生的機(jī)械誤差，在滿足可控精度的條件下，給出一種與機(jī)械傳動相匹配的定日鏡控制數(shù)據(jù)優(yōu)化方法，包容控制系統(tǒng)機(jī)械誤差生產(chǎn)的影響，降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)可靠性。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王濤明，周永福，馬貴鵬，姚成生，牛震宇，汪騰飛，王澤華，陸棟，鎖興亞，冷貫?zāi)?/a>，劉曉光，
申請(專利權(quán))人：寧夏光合能源科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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