用80C196KC單片機實現(xiàn)太陽跟蹤

由于太陽運行位置的變化基本上屬于斜坡輸入，僅采用比例微分調(diào)節(jié)器時，閉環(huán)系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差ess＝1／K。增大系統(tǒng)的K值可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，但過大的K值會使系統(tǒng)的無阻尼自然頻率接近或大于單片機的采樣頻率，使系統(tǒng)失去穩(wěn)定性。積分項雖然可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，但一定條件下可能導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。

令Z（s）＝1，則原系統(tǒng)的特征方程不變，因而穩(wěn)定性不發(fā)生變化。令上式右端分子的零階和一階項的系數(shù)為零，則斜坡輸入的穩(wěn)態(tài)誤差為零。　　

設(shè)L（s）＝L0＋L1 s，代入上式右端分子，可得：

由于補償通道消除了系統(tǒng)的靜態(tài)誤差。主通道不再需要安排積分環(huán)節(jié)消除穩(wěn)態(tài)誤差，成為比例微分控制，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對于不同的被控對象，可以選用不同的L1、k1和Td值，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)特性得到保證。這種參數(shù)的調(diào)整非常簡便，體現(xiàn)了數(shù)字控制的優(yōu)越性。

對圖4虛框中的傳遞函數(shù)離散化時，可以將微分項用后向差分代替，算法非常簡單。采用足夠小的采樣周期時，可以保證離散化后的系統(tǒng)不會失去穩(wěn)定性。單片機采用12MHz晶振時，定時器1溢出的周期約為87ms，具有50多萬個狀態(tài)周期［4］，足以完成簡單的計算任務(wù)，而太陽在這樣短時間內(nèi)的位置移動可以忽略不計。因此用定時器1溢出的周期作為采樣周期有以下優(yōu)點：

1）可以滿足計算任務(wù)。對于試驗系統(tǒng)的時效分析表明，控制計算所用的機時不及總機時的15％；

2）當(dāng)選取系統(tǒng)總增益K，使閉環(huán)系統(tǒng)的無阻尼自然頻率不高于1Hz時，可以使離散化方法保持穩(wěn)定和達到足夠的精確度。對系統(tǒng)的邏輯分析結(jié)果表明了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。

3　校正系統(tǒng)

上述計算機控制系統(tǒng)雖然有很高的精確度，但是系統(tǒng)的位置反饋量仍然有可能產(chǎn)生誤差。而且由于位置反饋量的增量式算法，這種誤差不能通過編碼器檢測出來，因此可能形成累積誤差。這種累積誤差可以通過光學(xué)傳感器提供的偏差信號來進行校正。

由于擾動的存在，偏差信號總是會有所波動，如果一旦偏差信號不為零就進行校正，則使系統(tǒng)變?yōu)榱藗鞲衅骺刂疲c模擬系統(tǒng)相比不具備任何優(yōu)勢。對修正后的偏差信號設(shè)定一個死區(qū)，可以大大的減小偏差信號的波動對系統(tǒng)的影響，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)的跟蹤精度可以通過設(shè)定死區(qū)大小來保證。當(dāng)經(jīng)修正的偏差信號大于某給定值，即超出死區(qū)范圍，且傳感器B給出的參考信號反映的直射輻射強度不低于某一閾值時，啟動誤差校正程序。設(shè)定閾值的目的是為了使系統(tǒng)在太陽直射輻射太弱，即太陽被遮擋時，不啟動校正過程，避免了多云天氣盲目跟蹤云層邊沿的亮斑。校正過程分兩步實現(xiàn)：

1）用光學(xué)傳感器偏差信號代替圖4中的位置量反饋誤差E（s），組成反饋環(huán)，使偏差信號趨于0。

2）當(dāng)偏差信號達到零時，對輸出位置量賦值，使輸出位置量等于期望位置量，同時切換回原來的反饋系統(tǒng)，完成校正過程。

由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化，因此上述第一步形成的閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性不會發(fā)生變化。

4　結(jié)　論

1）可以利用單片機實現(xiàn)成本較低的數(shù)字化太陽跟蹤系統(tǒng)。

2）雖然經(jīng)過簡化，在太陽跟蹤控制中，單片機系統(tǒng)具備較好的穩(wěn)定性，并能夠達到相當(dāng)好的精確度，同時具備模擬系統(tǒng)不具備的靈活性。

3）利用光學(xué)傳感器，單片機系統(tǒng)可以實現(xiàn)位置的自動調(diào)整。

參考文獻

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