线性菲涅尔单轴跟踪系统的设计与实现
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系统 出现驱动欠压 和过压过 流等异 常情况 时 ， 能 够隔
离驱动信号 ， 防止对后 续执 行机构 构成 损害 。功率 电 路为高 度 角直 流 电机供 电 ， 能够 输 出 ±２ ４ Ｖ 的直 流
电， 保证 电机 的稳定运行及正反转 。
信， 实时监测系统参数 ， 以便在 出现故障时可及 时发现 并维修。跟踪系统不但要求能跟踪太 阳， 并且要求安全 可靠 Ｊ ， 从 系统运行环境及 可靠性考虑 ， 还应 进行风速 保护 ， 避免风速过高时系统结构损坏 。Ｄ Ｓ Ｐ通过对风速 传感器信号 的采集 和处理 ， 判断风速等级 ， 达到危险风 速时封 锁控制 器的输 出 ， 将所有镜 元位置复位 。
制 。控制器还 可 以通过 Ｒ Ｓ － ２ ３ ２与上 位机 进行 异 步通
２ ４ Ｖ， 峰值 母 线 电流设定 为 ２ ０ Ａ。选 用 高速 ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ
Ｎ型 Ｉ Ｒ Ｆ ４ ９ ０ ５ 及 Ｐ型 Ｓ Ｎ Ｔ Ｏ Ｎ １ ０ Ａ构成驱动器 的 Ｈ逆变
桥， 驱动 电路 由光耦 电路及 共射 三极管 电路构 成。 当
射镜组成 ， 吸收器 固定 安装 在镜场 中央上 方高度 为 日 的位置。Ｌ Ｆ Ｒ工作 时 ， 反射 镜将太 阳光线 反射 到镜场
上方的吸收器上 ， 吸收器 吸收镜场 聚集 的太 阳光线辐
射用来发电 。随着太 阳 自东 向西 的运 动 ， 太 阳光线人
国家 自然科 学基金 资助 项 目（ 编号： ６ １ ２ ７ ３ ０ ７ ３ ） ； 上 海市优 秀技 术 带头人 资助 项 目（ 编号 ： １ ４ Ｘ Ｄ１ ４ ２ ０ ９ ０ ０ ） 。
精度 。
关键 词 ：单 轴跟踪 系 统
线 性菲 涅尔
Ｄ Ｓ Ｐ Ｔ Ｍ Ｓ ３ ２ ０ Ｆ ２ ８ １ ２ 太 阳跟踪
太 阳能 发 电
中 图分类 号 ：Ｔ Ｐ ２ ３ ； Ｔ Ｈ ６
文 献标志 码 ：Ａ
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ６ ０ ８ ６ ／ ｊ ． ｅ ｎ ｋ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ｌ ０ ０ ０— ０ ３ ８ ０ ． ２ ０ １ ５ １ ２ ０ ２ １
７８
Ｐ ＲＯＣＥＳ Ｓ ＡＵＴＯＭ ＡＴＩ ＯＮ Ｉ ＮＳ ＴＲＵＭ ＥＮＴＡＴＩ ＯＮ Ｖｏ Ｌ ３ ６ Ｎｏ ． １ ２ Ｄｅ ｃ ｅ ｍｂ ｅ ｒ ２ ０１ ５
线性菲涅尔单轴跟踪系统的设计与实现 确地处理采样得到 的电压 和电流信 号 ， 以实现 复杂 的
控制算 法 。本 文 设 计 的跟 踪 系 统选 用 Ｔ ＭＳ ３ ２ ０ Ｆ ２ ８ １ ２
０ 引 言
随着人们对 能源的需 求不断 提高 ， 世 界正 面临两
射角度也会相应地发 生变化 ， 镜 场 中镜 元反 射 的光 线 不能照射到吸收器上 ， 因此 Ｌ Ｆ Ｒ聚光系 统需要采 用单 轴跟踪 ， 才能使每一镜元 都能将 太 阳光 线反 射到 固定 的吸收器上 。对此一些研究人员设计 了基 于 Ｐ Ｌ Ｃ 和基于单片机 的太 阳能单轴跟踪系统。但 Ｐ Ｌ Ｃ的价
璺 苎 苎 蕃 里Ｆ ＝ Ｄ ｓ Ｐ ２ ８ １ ２ 【 。 广 核 心 处 理 器 ｒ ｔ
控制电源
隔离与驱动
主 电源
Ｉ
ｌ ｌ 保护电路
ｌ ｌ
电源作 为电机及 传感 器 电源 ， ５ Ｖ直流 电源作 为 控制 器 电源。空气开关 控制 通断外 部 ２ ２ ０ Ｖ交 流 电 ， 将交 直流 电源 、 Ｄ Ｓ Ｐ外 围接 口与 功率 电路 和手 动调整 电路 组装 即可得 到整个跟踪控制器 。
ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ 。ａ ｎ ｄ ｈｅ ｔ ｒａ ｔ ｃ ｋｉ ｎ ｇ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｓ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ — ａ ｘ ｉ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｋｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｌ ｉ ｎｅ ｒ ａ Ｆ ｒ ｅ ｓ ｎｅ ｌ ＤＳ Ｐ Ｔ ＭＳ ３ ２０ Ｆ ２ ８１ ２ Ｓ ｏ ｌ ｒ ａ ｒａ ｔ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｏ ｌ ｒ ａ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ
实时跟踪太阳 ， 并始终将太阳光线反射到吸收器上。
１ 线性 菲涅 尔反 射装 置
线性 菲 涅 尔 反 射 装 置 （ １ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ Ｆ ｒ ｅ ｓ ｎ ｅ ｌ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ， Ｌ Ｆ Ｒ） 如图 １ 所示， Ｌ Ｆ Ｒ镜场 由若 干个平面或微 弧面反
２ ． ２ 功 率 电路 和 手 动调 整 电路
欧阳海玉 。 等
跟踪器设定功 率容量 为 ６ ０ ０ Ｗ， 母线 电压 设定 为
作为核心控制芯片 ， 它具有 体积 小、 价格 低 ， 同时具 有 事件管理能力 和嵌入式控制 功能。 图 ２为以 Ｄ Ｓ Ｐ ２ ８ １ ２为核 心 的跟踪 系统 功能 框 图。 核心控制芯片 Ｄ Ｓ Ｐ ２ ８ １ ２完成对信 号 的处理 和追 日算法 的实现 ， 对直流电机进行位置 闭环控制 ， 控制信 号经 由 功率驱动电路驱 动 电机正反 转 ， 实现对 太 阳的跟 踪控
改阳洛 玉
贾廷锕２ ， 丰 王曰 ． ）
２ ０ ０ ２ ３ ７ ；
（ 华 东理工 大 学化 工过 程先 进控 制和优 化技 术教 育部 重点 实验 室 ， 上海
上 海 电气集 团股份 有限公 司 自动化 事业部 ， 上海
２ ０ ０ ０ ７ ０ ）
摘
要 ：针对 能源需 求不 断提高 、 太 阳能热 发 电 日趋 成熟 的现 状 ， 设 计 了一 种基 于 Ｄ Ｓ Ｐ Ｔ ＭＳ ３ ２ ０ Ｆ ２ ８ １ ２的线 性 菲涅 尔 单 轴 跟踪 系统 。
线性 菲涅尔 单轴跟踪 系统 的设计与实现
欧阳海玉 。 等
线 性 菲 涅 尔单 轴 跟 踪 系统 的设 计 与 实 现
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ Ｆ ｒ ｅ ｓ ｎ ｅ ｌ Ｓｉ ｎ ｇ ｌ ｅ — ａ ｘ ｉ ｓ Ｔｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
给 出了系 统硬件 的详 细设计 过程 ， 提 出了跟踪 系统 的控 制算法 ， 完 成了对 整个 系统 的控制 ， 使线 性 菲涅 尔镜 场 中反 射镜 能 实 时跟 踪太 阳， 并 将太 阳光 线 反射 到 固定 安装 的吸 收 器上 。经 联 机 上 电 试验 ， 验 证 了该 跟踪 控 制 系 统 设计 方 案 的 可 行性 ， 达 到 了设 计 的跟 踪
修 改稿 收到 日期 ： ２ ０ １ ４—１ １ — ２ ７ 。
图１ Ｌ Ｆ Ｒ 线性 菲 涅 尔 系统 示 意 图
Ｆｉ ｇ ． １ Ｓ ｃ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｌ ｉ ｎｅ ａ ｒ Ｆ ｒ ｅ ｓ ｎｅ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ａｉ ｍｉ ｎ ｇ砒 ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｄ ｅ ｍａ ｎｄ ｓ ｃ ｏ ｎ ｉ ｔ ｎ ｕ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｅｃ ｏ ｍｉ ｎ ｇ ｍａ ｔ ｕ ｒ ｅ。 ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ
跟踪系统增加 了手 动调 整模块 ， 在安装 调试及 手 动校准时 ， 可通过操控手动板 ， 观察菲涅尔反射镜的动
作 。此外 ， 还需要对输 出开关信号进行逻辑保护 ， 使得 控制器 只输 出正确 的驱动信 号 ， 这样 就能保 证控 制器
输 出的执行信号不会 出现误动作 ， 导致桥壁直通 ， 损坏 线 性菲 涅尔镜场 功率驱动 电路 。 跟踪器 的执行机构是 电压为 ２ ４ Ｖ的直流电机 ， 控 制器 的主电源为 ５ Ｖ。因此 ， 整个 跟 踪器 的供 电应 包 括两部分 ： ２ ４Ｖ直流供电和 ５ Ｖ直流供 电。２ ４ Ｖ直流
光系统是必不可少 的， 目前 聚光热 发 电系统 主要 有塔 式、 碟式、 槽式和线性 菲涅尔等 。
格昂贵 ， 而单片机在控制算法 的实现以及通信能力 等方 面存在一定的限制 ， 所 以本文设计 了基于数字信号处理
器（ Ｄ Ｓ Ｐ ） 的线性菲涅尔单轴太阳跟踪系统 ， 并 已进入试
用 阶段 。该 系统既 能实 时快 速地 处理信 号 ， 又便 于扩 展， 容易实现闭环精 准控制 ， 使线 性菲涅尔镜 场 中镜元
大难题 ： 一 是以煤 和石油 为代表 的传统能源储量有 限 ， 二是传统能源对环境 的影 响 Ｊ ， 使 人类 的生存受 到 了
严重的威胁 ， 人们 开始 开发 和 利用绿 色 可再 生 能源 。 太阳能作 为一种绿色的可再 生新 能源开始受 到广泛关 注。大规模 聚光 型太阳能热发 电主要原理是利用太 阳 辐射所产生的热能发 电。聚光型 太 阳能 热发 电 中， 聚
Ｆ ｒ ｅ ｓ ｎ ｅ ｌ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ — ａ ｘ ｉ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＤＳ Ｐ ＴＭＳ ３ ２ ０Ｆ ２ ８１ ２ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ． Ｔｈ ｅ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｄ ｕ ｒ ｅｓ ｏ ｆ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒｅ ｒｅ ａ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ｉ ｎ ｄ ｅ ｔ ａ ｌ，ａ ｉ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｈ ｍ ｔ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒａ ｔ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｐ ｏｐ ｒ ｏ ｓ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ ｏ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｄ ｎｄ ａ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌｅ ｆ ｃ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ Ｆｒ ｅ ｓ ｎｅ ｌ ｌ ｅ ｎｓ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ Ｃ ｎ ａ ｒａ ｔ ｃ ｋ ｈｅ ｔ ｓ ｕ ｎ ｉ ｎ ｒ ｅ ａ ｌ ｔ ｉ ｍｅ－ｔ ｈ ｅ ｓ ｕｎ ｒ ａ ｙ ｓ ｒｅ ａ ｒ ｅ ｌｅ ｆ ｃ ｔ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｂ ｅ ｒ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｉｘ ｆ ｅ ｄ ｍｏ ｕｎ ｔ ｅ ｄ ． ｈｅ Ｔ ｐ ｏ ｗｅ ｒ — ｏ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｖ ｅ ｒ ｉ ｉｅ ｆ ｓ ｈｅ ｔ
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电， 保证 电机 的稳定运行及正反转 。
信， 实时监测系统参数 ， 以便在 出现故障时可及 时发现 并维修。跟踪系统不但要求能跟踪太 阳， 并且要求安全 可靠 Ｊ ， 从 系统运行环境及 可靠性考虑 ， 还应 进行风速 保护 ， 避免风速过高时系统结构损坏 。Ｄ Ｓ Ｐ通过对风速 传感器信号 的采集 和处理 ， 判断风速等级 ， 达到危险风 速时封 锁控制 器的输 出 ， 将所有镜 元位置复位 。
制 。控制器还 可 以通过 Ｒ Ｓ － ２ ３ ２与上 位机 进行 异 步通
２ ４ Ｖ， 峰值 母 线 电流设定 为 ２ ０ Ａ。选 用 高速 ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ
Ｎ型 Ｉ Ｒ Ｆ ４ ９ ０ ５ 及 Ｐ型 Ｓ Ｎ Ｔ Ｏ Ｎ １ ０ Ａ构成驱动器 的 Ｈ逆变
桥， 驱动 电路 由光耦 电路及 共射 三极管 电路构 成。 当
射镜组成 ， 吸收器 固定 安装 在镜场 中央上 方高度 为 日 的位置。Ｌ Ｆ Ｒ工作 时 ， 反射 镜将太 阳光线 反射 到镜场
上方的吸收器上 ， 吸收器 吸收镜场 聚集 的太 阳光线辐
射用来发电 。随着太 阳 自东 向西 的运 动 ， 太 阳光线人
国家 自然科 学基金 资助 项 目（ 编号： ６ １ ２ ７ ３ ０ ７ ３ ） ； 上 海市优 秀技 术 带头人 资助 项 目（ 编号 ： １ ４ Ｘ Ｄ１ ４ ２ ０ ９ ０ ０ ） 。
精度 。
关键 词 ：单 轴跟踪 系 统
线 性菲 涅尔
Ｄ Ｓ Ｐ Ｔ Ｍ Ｓ ３ ２ ０ Ｆ ２ ８ １ ２ 太 阳跟踪
太 阳能 发 电
中 图分类 号 ：Ｔ Ｐ ２ ３ ； Ｔ Ｈ ６
文 献标志 码 ：Ａ
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ６ ０ ８ ６ ／ ｊ ． ｅ ｎ ｋ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ｌ ０ ０ ０— ０ ３ ８ ０ ． ２ ０ １ ５ １ ２ ０ ２ １
７８
Ｐ ＲＯＣＥＳ Ｓ ＡＵＴＯＭ ＡＴＩ ＯＮ Ｉ ＮＳ ＴＲＵＭ ＥＮＴＡＴＩ ＯＮ Ｖｏ Ｌ ３ ６ Ｎｏ ． １ ２ Ｄｅ ｃ ｅ ｍｂ ｅ ｒ ２ ０１ ５
线性菲涅尔单轴跟踪系统的设计与实现 确地处理采样得到 的电压 和电流信 号 ， 以实现 复杂 的
控制算 法 。本 文 设 计 的跟 踪 系 统选 用 Ｔ ＭＳ ３ ２ ０ Ｆ ２ ８ １ ２
０ 引 言
随着人们对 能源的需 求不断 提高 ， 世 界正 面临两
射角度也会相应地发 生变化 ， 镜 场 中镜 元反 射 的光 线 不能照射到吸收器上 ， 因此 Ｌ Ｆ Ｒ聚光系 统需要采 用单 轴跟踪 ， 才能使每一镜元 都能将 太 阳光 线反 射到 固定 的吸收器上 。对此一些研究人员设计 了基 于 Ｐ Ｌ Ｃ 和基于单片机 的太 阳能单轴跟踪系统。但 Ｐ Ｌ Ｃ的价
璺 苎 苎 蕃 里Ｆ ＝ Ｄ ｓ Ｐ ２ ８ １ ２ 【 。 广 核 心 处 理 器 ｒ ｔ
控制电源
隔离与驱动
主 电源
Ｉ
ｌ ｌ 保护电路
ｌ ｌ
电源作 为电机及 传感 器 电源 ， ５ Ｖ直流 电源作 为 控制 器 电源。空气开关 控制 通断外 部 ２ ２ ０ Ｖ交 流 电 ， 将交 直流 电源 、 Ｄ Ｓ Ｐ外 围接 口与 功率 电路 和手 动调整 电路 组装 即可得 到整个跟踪控制器 。
ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ 。ａ ｎ ｄ ｈｅ ｔ ｒａ ｔ ｃ ｋｉ ｎ ｇ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｓ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ — ａ ｘ ｉ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｋｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｌ ｉ ｎｅ ｒ ａ Ｆ ｒ ｅ ｓ ｎｅ ｌ ＤＳ Ｐ Ｔ ＭＳ ３ ２０ Ｆ ２ ８１ ２ Ｓ ｏ ｌ ｒ ａ ｒａ ｔ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｏ ｌ ｒ ａ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ
实时跟踪太阳 ， 并始终将太阳光线反射到吸收器上。
１ 线性 菲涅 尔反 射装 置
线性 菲 涅 尔 反 射 装 置 （ １ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ Ｆ ｒ ｅ ｓ ｎ ｅ ｌ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ， Ｌ Ｆ Ｒ） 如图 １ 所示， Ｌ Ｆ Ｒ镜场 由若 干个平面或微 弧面反
２ ． ２ 功 率 电路 和 手 动调 整 电路
欧阳海玉 。 等
跟踪器设定功 率容量 为 ６ ０ ０ Ｗ， 母线 电压 设定 为
作为核心控制芯片 ， 它具有 体积 小、 价格 低 ， 同时具 有 事件管理能力 和嵌入式控制 功能。 图 ２为以 Ｄ Ｓ Ｐ ２ ８ １ ２为核 心 的跟踪 系统 功能 框 图。 核心控制芯片 Ｄ Ｓ Ｐ ２ ８ １ ２完成对信 号 的处理 和追 日算法 的实现 ， 对直流电机进行位置 闭环控制 ， 控制信 号经 由 功率驱动电路驱 动 电机正反 转 ， 实现对 太 阳的跟 踪控
改阳洛 玉
贾廷锕２ ， 丰 王曰 ． ）
２ ０ ０ ２ ３ ７ ；
（ 华 东理工 大 学化 工过 程先 进控 制和优 化技 术教 育部 重点 实验 室 ， 上海
上 海 电气集 团股份 有限公 司 自动化 事业部 ， 上海
２ ０ ０ ０ ７ ０ ）
摘
要 ：针对 能源需 求不 断提高 、 太 阳能热 发 电 日趋 成熟 的现 状 ， 设 计 了一 种基 于 Ｄ Ｓ Ｐ Ｔ ＭＳ ３ ２ ０ Ｆ ２ ８ １ ２的线 性 菲涅 尔 单 轴 跟踪 系统 。
线性 菲涅尔 单轴跟踪 系统 的设计与实现
欧阳海玉 。 等
线 性 菲 涅 尔单 轴 跟 踪 系统 的设 计 与 实 现
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ Ｆ ｒ ｅ ｓ ｎ ｅ ｌ Ｓｉ ｎ ｇ ｌ ｅ — ａ ｘ ｉ ｓ Ｔｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
给 出了系 统硬件 的详 细设计 过程 ， 提 出了跟踪 系统 的控 制算法 ， 完 成了对 整个 系统 的控制 ， 使线 性 菲涅 尔镜 场 中反 射镜 能 实 时跟 踪太 阳， 并 将太 阳光 线 反射 到 固定 安装 的吸 收 器上 。经 联 机 上 电 试验 ， 验 证 了该 跟踪 控 制 系 统 设计 方 案 的 可 行性 ， 达 到 了设 计 的跟 踪
修 改稿 收到 日期 ： ２ ０ １ ４—１ １ — ２ ７ 。
图１ Ｌ Ｆ Ｒ 线性 菲 涅 尔 系统 示 意 图
Ｆｉ ｇ ． １ Ｓ ｃ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｌ ｉ ｎｅ ａ ｒ Ｆ ｒ ｅ ｓ ｎｅ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
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跟踪系统增加 了手 动调 整模块 ， 在安装 调试及 手 动校准时 ， 可通过操控手动板 ， 观察菲涅尔反射镜的动
作 。此外 ， 还需要对输 出开关信号进行逻辑保护 ， 使得 控制器 只输 出正确 的驱动信 号 ， 这样 就能保 证控 制器
输 出的执行信号不会 出现误动作 ， 导致桥壁直通 ， 损坏 线 性菲 涅尔镜场 功率驱动 电路 。 跟踪器 的执行机构是 电压为 ２ ４ Ｖ的直流电机 ， 控 制器 的主电源为 ５ Ｖ。因此 ， 整个 跟 踪器 的供 电应 包 括两部分 ： ２ ４Ｖ直流供电和 ５ Ｖ直流供 电。２ ４ Ｖ直流
光系统是必不可少 的， 目前 聚光热 发 电系统 主要 有塔 式、 碟式、 槽式和线性 菲涅尔等 。
格昂贵 ， 而单片机在控制算法 的实现以及通信能力 等方 面存在一定的限制 ， 所 以本文设计 了基于数字信号处理
器（ Ｄ Ｓ Ｐ ） 的线性菲涅尔单轴太阳跟踪系统 ， 并 已进入试
用 阶段 。该 系统既 能实 时快 速地 处理信 号 ， 又便 于扩 展， 容易实现闭环精 准控制 ， 使线 性菲涅尔镜 场 中镜元
大难题 ： 一 是以煤 和石油 为代表 的传统能源储量有 限 ， 二是传统能源对环境 的影 响 Ｊ ， 使 人类 的生存受 到 了
严重的威胁 ， 人们 开始 开发 和 利用绿 色 可再 生 能源 。 太阳能作 为一种绿色的可再 生新 能源开始受 到广泛关 注。大规模 聚光 型太阳能热发 电主要原理是利用太 阳 辐射所产生的热能发 电。聚光型 太 阳能 热发 电 中， 聚
Ｆ ｒ ｅ ｓ ｎ ｅ ｌ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ — ａ ｘ ｉ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＤＳ Ｐ ＴＭＳ ３ ２ ０Ｆ ２ ８１ ２ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ． Ｔｈ ｅ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｄ ｕ ｒ ｅｓ ｏ ｆ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒｅ ｒｅ ａ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ｉ ｎ ｄ ｅ ｔ ａ ｌ，ａ ｉ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｈ ｍ ｔ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒａ ｔ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｐ ｏｐ ｒ ｏ ｓ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ ｏ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｄ ｎｄ ａ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌｅ ｆ ｃ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ Ｆｒ ｅ ｓ ｎｅ ｌ ｌ ｅ ｎｓ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ Ｃ ｎ ａ ｒａ ｔ ｃ ｋ ｈｅ ｔ ｓ ｕ ｎ ｉ ｎ ｒ ｅ ａ ｌ ｔ ｉ ｍｅ－ｔ ｈ ｅ ｓ ｕｎ ｒ ａ ｙ ｓ ｒｅ ａ ｒ ｅ ｌｅ ｆ ｃ ｔ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｂ ｅ ｒ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｉｘ ｆ ｅ ｄ ｍｏ ｕｎ ｔ ｅ ｄ ． ｈｅ Ｔ ｐ ｏ ｗｅ ｒ — ｏ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｖ ｅ ｒ ｉ ｉｅ ｆ ｓ ｈｅ ｔ
