用于確定太陽(yáng)跟蹤平臺(tái)的跟蹤誤差的修正的方法、適配為執(zhí)行該方法的中央處理單元以 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明解決了一種用于確定太陽(yáng)跟蹤平臺(tái)的修正的方法，其主要能夠補(bǔ)償跟蹤器 的方位角偏差和傾斜。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還能夠執(zhí)行附加的仰角修正。
[0002] 根據(jù)各實(shí)施例，本發(fā)明具有對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行操作的中央處理單元，所述中央處理 器單元提供考慮到計(jì)算的修正的命令，以生成驅(qū)動(dòng)裝置適用的設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的正 確定向。
【背景技術(shù)】
[0003] 在現(xiàn)有技術(shù)中存在不同的控制策略，這些控制策略的目的在于，在任意給定時(shí)間 都確保太陽(yáng)跟蹤器的正確朝向。
[0004] 這種測(cè)量的一個(gè)示例基于閉環(huán)控制。該系統(tǒng)的操作基于每個(gè)時(shí)刻的跟蹤誤差的反 饋，通常要使用輔助設(shè)備?？刂蒲b置解釋并使用所述設(shè)備的測(cè)量，繼而控制裝置對(duì)太陽(yáng)跟蹤 平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行操作，以使平臺(tái)保持正確朝向。
[0005] 輔助設(shè)備的一個(gè)示例是利用位于一個(gè)平面上且分布在一個(gè)點(diǎn)附近的、對(duì)太陽(yáng)輻射 敏感的多個(gè)區(qū)域的跟蹤傳感器；以及位于所述點(diǎn)上方、與平面有一定距離，用于在敏感區(qū)域 所處的平面上投下陰影的不透明單元。當(dāng)對(duì)太陽(yáng)輻射敏感的區(qū)域所處的平面的朝向與輻射 垂直時(shí)，位于該平面上方的單元的陰影在附近分布有敏感區(qū)域的點(diǎn)上投下陰影，而不會(huì)意 識(shí)到敏感區(qū)域的輻射讀數(shù)下降。與此相反，當(dāng)平面不在與輻射方向垂直的朝向時(shí)，陰影將覆 蓋一些敏感區(qū)。根據(jù)哪個(gè)敏感區(qū)被完全覆蓋或被部分覆蓋，能夠確定該附加設(shè)備的平面的 朝向的偏差程度。
[0006] 閉環(huán)控制策略基于使用輔助設(shè)備的反饋，具有多個(gè)缺點(diǎn)。首先，設(shè)備上的污物可能 使讀數(shù)波動(dòng)，這是因?yàn)榭赡苌杀唤忉尀樵O(shè)備朝向偏差的陰影。不太大的一個(gè)顆?？赡茏?礙整個(gè)太陽(yáng)能收集模塊的正確朝向，并且其可能安裝在不容易或不能立即被獲取的位置。
[0007] 這種策略的另一個(gè)缺點(diǎn)是，輔助設(shè)備測(cè)量的是其相對(duì)于光線(xiàn)入射方向的朝向誤 差，而不是整個(gè)系統(tǒng)的朝向誤差。因此，必須保證跟蹤傳感器和跟蹤器的朝向相同。即使如 此，受安裝誤差的影響，這種一方相對(duì)于另一方的朝向并非一始終理想，并且由于諸如結(jié)構(gòu) 單元的形變或不對(duì)齊的問(wèn)題，其可能被修改。
[0008] 另一方面，存在一種混合控制策略，其操作基于開(kāi)環(huán)控制，其中在開(kāi)環(huán)控制中，每 次移動(dòng)前，通過(guò)對(duì)從太陽(yáng)星歷（印herimides)計(jì)算得到的理論位置應(yīng)用修正因子，執(zhí)行一 系列數(shù)學(xué)操作，以生成修正的參考位置。通過(guò)基于一個(gè)或多個(gè)跟蹤器校準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型的求 解獲得修正因子。因?yàn)檫@些模型是高度非線(xiàn)性的，所以必須使用通過(guò)迭代方法來(lái)求解非線(xiàn) 性方程組的高級(jí)算法，一般地，算法不保證收斂，還隱含著更多的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)，并且一般需要 更多數(shù)量的校準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)可接受的結(jié)果。
[0009] 本發(fā)明是一種確定太陽(yáng)跟蹤平臺(tái)的跟蹤誤差的修正的方法，例如由結(jié)構(gòu)變形、松 動(dòng)、安裝誤差等引起的跟蹤誤差。被認(rèn)為恒定的仰角和方位角偏差通常在英語(yǔ)術(shù)語(yǔ)中稱(chēng)其 為"offset"（偏移），即仰角偏移和方位角偏移。貫穿本說(shuō)明書(shū)，術(shù)語(yǔ)"偏差"或者"誤差" 的使用應(yīng)被解釋為具有與本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域中使用的英語(yǔ)術(shù)語(yǔ)"offset"（偏移）相同的含 義。
[0010] 本發(fā)明的方法使得能夠，根據(jù)基于太陽(yáng)星歷計(jì)算的初始參考位置來(lái)生成修正參考 位置，使得即使存在上述偏差，平臺(tái)也具有合適的朝向。本發(fā)明建立了一種確定誤差修正的 方法。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，一旦建立新的修正參考位置，就得到基于混合控制策略的 控制系統(tǒng)，其中不需要求解非線(xiàn)性數(shù)學(xué)模型來(lái)獲得修正因子，從而能夠?qū)嵸|(zhì)上利用各種校 準(zhǔn)相對(duì)于開(kāi)環(huán)控制提高性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明是一種用于確定太陽(yáng)跟蹤器的平臺(tái)的跟蹤誤差的修正的方法。
[0012] 被確定修正的設(shè)備是一種太陽(yáng)跟蹤器，包括：
[0013] a)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)支撐單元，布置在固定基座上，其中所述固定基座與z軸優(yōu)選朝向 天頂?shù)牡谝徽蛔鴺?biāo)系（x，y，z)相關(guān)聯(lián)；
[0014] 理想情況下，優(yōu)選考慮固定基座是與地面對(duì)應(yīng)的表面，繼而用于建立第一坐標(biāo)系， 也稱(chēng)為第一坐標(biāo)系（X，y，Z)。默認(rèn)下，坐標(biāo)系是笛卡爾坐標(biāo)系并且正交歸一。存在提供例 如球面坐標(biāo)的朝向值的裝置。在這些情形中，可以理解，通過(guò)坐標(biāo)的改變，可以在笛卡爾坐 標(biāo)系中表示相同向量。即使坐標(biāo)系不正交歸一，也同樣如此：足以建立基的改變，以在正交 歸一系（x，y，z)中表示相同向量。為方便起見(jiàn)，盡管本發(fā)明不嚴(yán)格必須如此，可以使用坐 標(biāo)x和y對(duì)應(yīng)于平行于地面的軸且坐標(biāo)z朝向天頂?shù)淖鴺?biāo)系。此外，優(yōu)選示例采用朝向南 方對(duì)應(yīng)于坐標(biāo)x的軸以及朝向東方對(duì)應(yīng)于坐標(biāo)y的軸。
[0015] b)通過(guò)連接件連接結(jié)構(gòu)單元的平臺(tái)，連接件在其特定角度位置的朝向上相對(duì)于 所述結(jié)構(gòu)單元具有沿一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸Ej，j = 1，2,...的一個(gè)或多個(gè)自由度y_j，j = 1， 2? . . . *
[0016] 結(jié)構(gòu)單元放置在地面上，并且能夠移動(dòng)的平臺(tái)安裝在該結(jié)構(gòu)單元的頂部。結(jié)構(gòu)單 元和平臺(tái)通過(guò)連接件相連，連接件相對(duì)所述結(jié)構(gòu)單元具有沿一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸Ej，j = 1， 2,...的一個(gè)或多個(gè)自由度y j，j = 1，2,...，這一事實(shí)導(dǎo)致平臺(tái)能夠移動(dòng)。具有一個(gè)或 多個(gè)自由度的連接件不必是點(diǎn)連接，作為替代，可以包括具有多個(gè)連續(xù)連接（consecutive link)的運(yùn)動(dòng)鏈（kinematic chain)，例如其中每個(gè)連接提供一個(gè)附加自由度。平臺(tái)是可移 動(dòng)單元，并且在不同示例中具有光伏面板或者是定日反射鏡（heliostat ref lector)。一個(gè) 具體示例是其上放置有平臺(tái)的底座，該平臺(tái)包含多個(gè)光伏聚集模塊。
[0017] c)所述結(jié)構(gòu)單元與第二正交坐標(biāo)系（x'，y'，z')相關(guān)聯(lián)，第二正交坐標(biāo)系 (?，y'，z')在連接件具有一個(gè)或多個(gè)自由度前與結(jié)構(gòu)單元連接于一點(diǎn)，不考慮偏差則 第二坐標(biāo)系基本與第一坐標(biāo)系（x，y，z)平行，其中偏差包括但不限于相對(duì)于固定基座的傾 斜偏差、方位角偏差、仰角偏差、因松動(dòng)或其他安裝誤差導(dǎo)致的偏差，或者以上組合；
[0018] 本發(fā)明的目的在于，盡管由于上述原因（松動(dòng)、安裝誤差、傾斜或方位角偏差等） 導(dǎo)致偏差，但是使平臺(tái)具有合適朝向。這些誤差主要是由結(jié)構(gòu)單元引起的，所以要使用與結(jié) 構(gòu)單元相連的第二坐標(biāo)系（x'，y'，z')，并且所述坐標(biāo)系位于連接件具有一個(gè)或多個(gè)自 由度的之前的點(diǎn)處。
[0019] 因?yàn)榈谝蛔鴺?biāo)系與地面關(guān)聯(lián)，并且該第二坐標(biāo)系與累加影響平臺(tái)的不同偏差的平 臺(tái)關(guān)聯(lián)，所以不應(yīng)將這些坐標(biāo)系解釋為空間參照系。這些坐標(biāo)系應(yīng)被解釋為可以用向量基 表示、確定朝向、并且在向量空間的處理中用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行操作的坐標(biāo)，其中基于所述向量 基表示自由向量。
[0020] 考慮較小的偏差，第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo)系基本平行。用于確定跟蹤誤差的方法 的目的是確定改變，使得針對(duì)給定的平臺(tái)特定跟蹤方向，所述改變修正由所述平臺(tái)的跟蹤 誤差引起的偏差。可以通過(guò)以下來(lái)表示改變：將跟蹤方向變換為第二方向的旋轉(zhuǎn)矩陣以及 用于驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)偏差引起的跟蹤誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)拿罘较颉?br>[0021] 在所提到的平臺(tái)可能遭遇的偏差中，包括但不限于：傾斜偏差、方位角偏差、仰角 偏差、松動(dòng)引起的偏差、安裝誤差引起的偏差、或上述任意組合。本發(fā)明提出使用旋轉(zhuǎn)矩陣， 旋轉(zhuǎn)矩陣能夠確定修正的跟蹤方向，以便消除至少由結(jié)構(gòu)單元的傾斜偏差引起的誤差和由 方位角偏差引起的誤差。
[0022] 盡管該旋轉(zhuǎn)矩陣能夠確定傾斜偏差和方位角偏差的修正，但是它不能修正仰角誤 差。因此，根據(jù)本發(fā)明改進(jìn)該修正的特定示例，在通過(guò)旋轉(zhuǎn)矩陣執(zhí)行修正前，執(zhí)行仰角修正， 如本發(fā)明【具體實(shí)施方式】部分所述。
[0023](d)測(cè)量裝置，確定平臺(tái)（3)相對(duì)于太陽(yáng)的朝向，具體地，能夠在第二坐標(biāo)系（X'， y'，z')中表示的朝向 p= (px，py，pz);
[0024] 以下將詳細(xì)描述，通過(guò)使用點(diǎn)對(duì)來(lái)求解旋轉(zhuǎn)矩陣的計(jì)算，所述點(diǎn)對(duì)被用作用于構(gòu) 建所求解的方程組的數(shù)據(jù)點(diǎn)。方程組中的未知數(shù)是旋轉(zhuǎn)矩陣。每個(gè)點(diǎn)對(duì)具有：與跟蹤平臺(tái) 時(shí)需要使用的太陽(yáng)坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)，在坐標(biāo)系（X，y，z)中表示；以及與命令平臺(tái)移動(dòng) 時(shí)需要使用以便平臺(tái)采用第一點(diǎn)（太陽(yáng)的測(cè)量位置點(diǎn)）的坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)的另一個(gè)點(diǎn)，在坐標(biāo) 系（x'，y'，z')中表示。第二點(diǎn)是對(duì)平臺(tái)相對(duì)于太陽(yáng)的朝向進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果，其基于所 謂"測(cè)量裝置"來(lái)執(zhí)行。通過(guò)校準(zhǔn)操作，可以獲得/計(jì)算/確定上述點(diǎn)對(duì)的第二點(diǎn)。
[0025] 用于確定平臺(tái)的朝向的測(cè)量裝置可以是跟蹤傳感器或更復(fù)雜的裝置。在更復(fù)雜 的裝置中，通過(guò)一組應(yīng)用軌跡（例如螺線(xiàn)），