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四象限闭环控制系统原理

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点击次数:67 更新时间:2025年11月11日15:25:17 打印此页 关闭
四象限闭环控制系统原理

太阳跟踪检测由由光敏电阻组成的太阳传感器实现。太阳角度传感器是控制模块的一部分,安装在电池板支架的中心。

跟踪器的传感器结构如图1所示。设置一个圆柱壳,圆柱壳的东、南、西、北四个方向上安排了4个光敏电阻。其中,P1、P3对称安装在圆柱壳的东到西方向上,用于粗略检测太阳从东到西移动的偏转角,即方位角:P2、P4对称安装在圆柱壳的北到南两侧,用于粗略检测太阳的视高度,即仰角;在圆柱壳内部,4个光敏电阻分别在东、南、西、北四个方向上准确检测太阳从东到西的偏转角和太阳的视高度。当光轴与垂直线的偏差大于角度α时,气缸内没有光线,只有粗糙度传感器工作。只有当角度小于角度α时,精密传感器才工作。

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图1 传感器结构示意图

圆柱形设计的优势是增加了面向阳光和背向阳光之间的潜在电压,有助于粗糙度检测和准确定位太阳角度。外部环境的散射光和其他干扰光被更大程度地屏蔽,从而减少外部干扰光对太阳角度采集准确度的影响,并提高跟踪精度。

光电传感器获得的电信号需要由电压传感器和电流传感器进行处理。一种典型的处理模式如图2所示。

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图2 传感器结构示意图

电压传感器和电流传感器如图3和图4所示。电流传感器使用50A、150mV的分流器和运算放大器AD820。当负载恒定时,太阳能板的输出电压随输入光功率的变化而变化。电压传感器检测到的电压值可以知道当前的功率水平,然后可以得到太阳偏离太阳能板法线的角度变化。当负载变化时,电流值会变化。通过电流传感器可以观察到电流的变化。当电流稳定时,检测电压传感器的电压值,以得到太阳光线偏离太阳能板法线的角度变化。

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图3 电压传感器
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图4 电流传感器

此外,电压传感器和电流传感器也可以利用霍尔元件的原理,例如电流传感器CHT50A-S。电流互感器的主要传感器部件是霍尔元件,它采用磁平衡的原理,具有高检测精度和良好的线性。检测电路与被检测电路完全隔离。然而,电流互感器实际上是一个电流-电流转换器,将测量电流转换为0~50mA的标准电流,并以电流源的形式输出。为了获得可以被A/D采集卡采集的电压信号,必须施加一个外部电压。采样电路将电流信号转换为电压信号。电压传感器使用霍尔元件,采用磁补偿的原理。高功率电阻将输入电压转换成电压传感器的0~10mA标准输入电流,并以电流源的形式输出,以便获得可以被A/D采集卡采集的电压。对于该信号,必须添加电压采样电路将电流信号转换为电压信号。检测电路的原理如图5所示。

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图5 电流/电压传感器检测电路

除了使用光敏电阻或光电二极管作为光电传感器外,你还可以使用用标准光强校准的光敏元件作为光强传感器。只要测量输出短路电流和表面温度,就可以在该时刻计算表面温度。辐射光很强,因为在阳光下,太阳能电池的输出短路电流与太阳辐射强度成正比。电路原理图如图6所示。

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图6 光强度检测电路

目前,集成自动控制电路模块已经上市。例如,EPCM-2940数据采集工业控制主板的所有控制系统,包括运行电机,都使用DC 24V电源供电。选择这个主板可以增加每个太阳跟踪系统的数据采集和监控功能,并且可以进行集中监控。图7显示了光敏电阻采集电路。

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图7 光电电阻获取电路

EPCM-2940 是 EPCM2000 系列 MinilSA 远程数据采集主板中功能最丰富的其中之一。它不仅拥有完整的底层驱动程序库和通信协议,还具有丰富的数据采集、大容量存储、通信和控制的外设电路,从而充分减少二次开发的时间。

EPCM-2940使用了NXP的32位ARM处理器LPC2378,包括8个模拟输入、8个数字输入和8个数字输出,以太网、3线和功能齐全的RS-232接口、CAN总线接口、CF卡接口,同时支持MiniPCI扩展总线,可以快速便捷地扩展功能强大的应用产品。利用其完整的底层驱动库,通过调用相应的接口函数,可以实现模拟输入、数字输入/输出、与各种通信协议的通信以及使用CF卡存储大量数据等功能。EPCM-2940产品如图所示。如图8所示,图9是一个高度集成的高浓度光伏(HCPV)阵列。

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图8 EPCM-2940产品图
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图9 HCPV阵列
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