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塔式定日镜电机转角控制研究.doc

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塔式定日镜电机转角控制仿真分析0 引言太阳能是一种取之不竭、清洁的可再生能源,利用太阳能发电是开拓新能源和保护环境、节能减排的有效途径。较为成熟的太阳能发电技术是太阳能光伏发电和太阳能光热发电。其中太阳能光热发电由于更加容易进行能量储存,采光系统造价较低等优势已经逐步取代太阳能光伏发电,成为新能源发电发展方向的主流。太阳能光热发电主要有三种形式:槽式,塔式,碟式。早些年来发展的槽式发电现在已经商业化,但是槽式存在着聚光比较低,储热困难的问题,而碟式发电不适用于大规模建设,近些年人们已经逐渐将目光聚焦到塔式发电上。塔式发电利用多组定日镜将阳光反射到聚光塔上,与传统的槽式发电相比,其主要优势在于聚光比的大幅度提升,并且通过控制定日镜跟踪太阳更能大大提高光能利用率。据统计塔式定日镜控制系统在总设计的费用中约占20% 的比例,由此可见其重要性。塔式定日镜的方位控制采取的是双轴联动跟踪控制,即采用 2 个伺服电机调节定日镜在二维空间内的角度来跟踪太阳的位置,一个电机用来调解定日镜的俯仰角度,一个电机用来调解定日镜绕垂直地面中心轴左右旋转角度,通过这 2 个方位角度的调解来跟踪太阳的位置,伺服电机旋转角度的控制直接影响到整个发电系统的光能利用率,提高电机旋转角度的控制性能可大大提升定日镜的聚光比,合理地设计伺服电机旋转角度的控制系统,使每台定日镜的聚光比显著提升,那么成百上千定日镜反射到吸热塔上的能量就大大增加,必将为塔式发电带来可观的经济效益。1 系统校正优化设计1.1 几种校正方式浅析定日镜的控制如果采取简单的开环控制,必然达不到较高的精度,实际上,许多工程中的控制系统也是要经过一定校正后才符合相应的条件,才能进行生产使用。控制系统的校正方式一般分为四种,分别是串联校正,PID 校正,反馈校正,复合校正。传统的工程设计中一般采用二阶三阶设计原则,及在系统中加入串联校正中的超前滞后校正来提升工程控制系统的性能,但是这种设计也存在着许多弊端,有时由于该校正的加入导致了系统开环增益大大降低,稳定裕度也下降许多,这是我们所不希望见到的,对于伺服电机转角控制我们可以采取另一种设计方式,结合几种校正的特点,我们从根本原理上进行设计方法的改进。(1) 串联校正分为超前校正和滞后校正,超前校正的传递函数为:(S)= , ( ) ,1G1sTiii取 20lg (S)=20lgj -20lgj , (j = j = ), ( , )的频i112i2iT12段之间波德图的斜率变大,可使转角频率增大,意味着系统的频带宽度会有所提升,超前校正的作用有提升系统的稳定裕量,相位超前,增加低频段宽度等,但会降低高频段宽度,滞后校正的传递函数为 (S)= ,效果与超前校正基本相反,2G1si通常用来增加高频段增益。串联校正中 对系统稳定性会产生不利影响, 取得过i i大使得系统开环增益大大下降,取得过小超前校正效果不明显,这使得串联校正的使用受到一定限制。(2) PID 校正分为 PI 校正和 PD 校正,PI 调解就是比例微分调解,传递函数为 (S)=1G,当 =1 时 (S)= ,引入 PI 可以使系统的阶数增加,原本)sT1(Kipp1G)sT(i为 0 型的系统引入 PI 后会变成Ⅰ型系统,使系统的稳态性能得以改善,但会导致系统的转折频率减小,动态性能下降,PD 传函为 (S)= ,它可以加宽低频2G1sTi带,提升系统的响应速度,但是稳态性能可能会有所下降。(3) 反馈矫正可以缓解局部误差的影响。图 1.1.1 局部反馈图(S)= ,当取 H(S)=K 时,G`(S)= (S) H(S),得 G`(S)=2G)1sT(212 (S),使局部输入误差减小;当 H(S)取惯性环节时,还可)(sk21以消除 (S)中某些因式的影响。(4) 复合控制主要是前馈控制,通过在系统中加入前馈传函来消除相应的 ,达svae,到更高的控制精度。1.2 伺服电机转角控制设计方案伺服电机一般简单的闭环控制调解流程如下:图 1.2.1 伺服电机转角控制流程图电压信号输入,通过功率放大器进行放大并传递给伺服电机,电机工作后转过一定角度,再通过计角器测量电机的转角进行反馈调解来减小误差。根据以上原理图我们设计了一个简单的闭环控制系统,其方块图如图 1.2.2:信号输入 信号放大 信 号 输 入 电机执行 信 号 输 入 记录角度 信 号 输 入 (S)1G(S)2G(S)3H(S)U(S) 1K2K1sT3m2aY(S)s1-图 1.2.2 校正前方块图可观测到伺服系统控制中开环传函中 1 阶环节 2 阶环节较少,如果才用串联校正,可能会对整个系统的稳定性产生影响,实际上影响伺服电机主要波动来源于加速度及速度的调节,这些因素均在其中的二阶环节 中,因
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