塔式定日鏡電機轉(zhuǎn)角控制研究

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1、塔式定日鏡電機轉(zhuǎn)角控制仿真分析0引言太陽能是一種取之不竭、清潔的可再生能源，利用太陽能發(fā)電是開拓新能源和保護環(huán)境、節(jié)能減排的有效途徑。較為成熟的太陽能發(fā)電技術(shù)是太陽能光伏發(fā)電和太陽能光熱發(fā)電。其中太陽能光熱發(fā)電由于更加容易進行能量儲存，采光系統(tǒng)造價較低等優(yōu)勢已經(jīng)逐步取代太陽能光伏發(fā)電，成為新能源發(fā)電發(fā)展方向的主流。太陽能光熱發(fā)電主要有三種形式：槽式，塔式，碟式。早些年來發(fā)展的槽式發(fā)電現(xiàn)在已經(jīng)商業(yè)化，但是槽式存在著聚光比較低，儲熱困難的問題，而碟式發(fā)電不適用于大規(guī)模建設(shè)，近些年人們已經(jīng)逐漸將目光聚焦到塔式發(fā)電上。塔式發(fā)電利用多組定日鏡將陽光反射到聚光塔上，與傳統(tǒng)的槽式發(fā)電相比，其主要優(yōu)勢在于

2、聚光比的大幅度提升，并且通過控制定日鏡跟蹤太陽更能大大提高光能利用率。據(jù)統(tǒng)計塔式定日鏡控制系統(tǒng)在總設(shè)計的費用中約占20%的比例，由此可見其重要性。塔式定日鏡的方位控制采取的是雙軸聯(lián)動跟蹤控制，即采用2個伺服電機調(diào)節(jié)定日鏡在二維空間內(nèi)的角度來跟蹤太陽的位置，一個電機用來調(diào)解定日鏡的俯仰角度，一個電機用來調(diào)解定日鏡繞垂直地面中心軸左右旋轉(zhuǎn)角度，通過這2個方位角度的調(diào)解來跟蹤太陽的位置，伺服電機旋轉(zhuǎn)角度的控制直接影響到整個發(fā)電系統(tǒng)的光能利用率，提高電機旋轉(zhuǎn)角度的控制性能可大大提升定日鏡的聚光比，合理地設(shè)計伺服電機旋轉(zhuǎn)角度的控制系統(tǒng)，使每臺定日鏡的聚光比顯著提升，那么成百上千定日鏡反射到吸熱塔上的

3、能量就大大增加，必將為塔式發(fā)電帶來可觀的經(jīng)濟效益。1系統(tǒng)校正優(yōu)化設(shè)計1.1幾種校正方式淺析定日鏡的控制如果采取簡單的開環(huán)控制，必然達不到較高的精度，實際上，許多工程中的控制系統(tǒng)也是要經(jīng)過一定校正后才符合相應(yīng)的條件，才能進行生產(chǎn)使用。控制系統(tǒng)的校正方式一般分為四種，分別是串聯(lián)校正，PID校正，反饋校正，復(fù)合校正。傳統(tǒng)的工程設(shè)計中一般采用二階三階設(shè)計原則，及在系統(tǒng)中加入串聯(lián)校正中的超前滯后校正來提升工程控制系統(tǒng)的性能，但是這種設(shè)計也存在著許多弊端，有時由于該校正的加入導(dǎo)致了系統(tǒng)開環(huán)增益大大降低，穩(wěn)定裕度也下降許多，這是我們所不希望見到的，對于伺服電機轉(zhuǎn)角控制我們可以采取另一種設(shè)計方式，結(jié)合幾種

4、校正的特點，我們從根本原理上進行設(shè)計方法的改進。（1）串聯(lián)校正分為超前校正和滯后校正，超前校正的傳遞函數(shù)為：(S)=，（），取20lg(S)=20lgj-20lgj，（j=

5、校正，PI調(diào)解就是比例微分調(diào)解，傳遞函數(shù)為(S)=，當=1時(S)=，引入PI可以使系統(tǒng)的階數(shù)增加，原本為0型的系統(tǒng)引入PI后會變成Ⅰ型系統(tǒng)，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能得以改善，但會導(dǎo)致系統(tǒng)的轉(zhuǎn)折頻率減小，動態(tài)性能下降，PD傳函為(S)=，它可以加寬低頻帶，提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但是穩(wěn)態(tài)性能可能會有所下降。（2）反饋矯正可以緩解局部誤差的影響。(S)(S)(S)H(S)圖1.1.1局部反饋圖(S)=，當取H(S)=K時，G`(S)=(S)H(S)，得G`(S)=<(S),使局部輸入誤差減??；當H(S)取慣性環(huán)節(jié)時，還可以消除(S)中某些因式的影響。（3）復(fù)合控制主要是前饋控制，通過在系統(tǒng)中加入前饋傳函

6、來消除相應(yīng)的，達到更高的控制精度。1.2伺服電機轉(zhuǎn)角控制設(shè)計方案伺服電機一般簡單的閉環(huán)控制調(diào)解流程如下：信號輸入信號放大電機執(zhí)行記錄角度圖1.2.1伺服電機轉(zhuǎn)角控制流程圖電壓信號輸入，通過功率放大器進行放大并傳遞給伺服電機，電機工作后轉(zhuǎn)過一定角度，再通過計角器測量電機的轉(zhuǎn)角進行反饋調(diào)解來減小誤差。根據(jù)以上原理圖我們設(shè)計了一個簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其方塊圖如圖1.2.2：U(S)Y(S)-圖1.2.2校正前方塊圖可觀測到伺服系統(tǒng)控制中開環(huán)傳函中1階環(huán)節(jié)2階環(huán)節(jié)較少，如果才用串聯(lián)校正，可能會對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，實際上影響伺服電機主要波動來源于加速度及速度的調(diào)節(jié)，這些因素均在其中的二階環(huán)節(jié)

7、中，因此可以只對此環(huán)節(jié)進行反饋校正來減小其帶來的誤差，再在開始輸入的環(huán)節(jié)中加入PID調(diào)節(jié)，以改善整體性能，這樣要比前后直接加入超前滯后校正效果更好，按此方法校正后繪制方塊圖圖1.2.3：U(S)Y(S)--圖1.2.3校正后控制系統(tǒng)方塊圖2.仿真分析：2.1校正前得情況為了檢驗校正后的效果我們用Matlab中的SIMULINK進行仿真分析。首先進行參數(shù)選取，取功率放大增益=10，伺服電機傳遞系數(shù)=2.83，伺服電動機機電