太阳能电池板的光平衡控制系统设计.doc

太阳能电池板的光平衡控制系统设计 课题设计背景 太阳能电池板的效率与其在工作时的光照角度有关，光线垂直入射时效率最高。多数情况下，光线并不是垂直射入，而是成角度入射的。如何调整太阳能电池板的角度使之始终与光线入射方向垂直，发挥最高的效能，成为本设计的出发点。 建立模型及简化 太阳能板的对光平衡靠光敏二极管和比较电路实现，并且首先与光敏二极管有关，本设计的思想是：当光线是斜入射时，各光敏二极管的感光强度会有所不同，将这种不同转化为电压进行比较，之后输出一个反馈电压进行调整，以达到板主动适应光垂直入射的效果。 通过光敏二极管的感光即：当使用一个光敏二极管时，只能实现直线上的调整；当使用两个光敏二极管时，可以实现平面内的调整；而当使用三个光敏二极管时，便可以实现实际情况下的全方位立体调整，即实现了三个维度上类似球面的对光，这是较理想的，如图2所示。 但是我们在设计中发现要实现这一全方位调整的效果以现在的时间和知识积累有些勉强。在老师的指导下，我们进行了设计简化，即首先把三个维度上调整简化为仅由两个光敏二极管实现的二维调整。但设计构想差别不大，均是通过比较各光敏二极管的感受光照强度不同，产生电压比较再由电路输出反馈。 并且，此次设计成功可以为以后的设计打下较好的基础。以后要做全方位调整的时候在此设计思想的基础上加以一个维度的调整就可以将此次课程设计更加完善。 图3 简化为二维上的调整模型 机械部分设计 机械部分是由电机、减速齿轮机构组成，减速齿轮机构用于降低输出转速，增加输出转矩。其中减速齿轮机构没有成品，必须自己寻找材料制作。 4.1材料选择及所用工具 装修用塑料板一块：200mm×150mm,从建材市场购买 配套螺钉螺母：M4×4个 四驱车：2套，从中获得轴与齿轮若干 制作模型用手钻工具一套 4.2齿轮减速机构 齿轮机构图： 图5 齿轮机构图 图7 减速传动部分设计成品图 每根轴截成22mm长的三段，并且将轴的两端磨光滑。将齿轮套在轴上用502胶粘合固定。在裁出的塑料板的四角打出四个直径3mm的通孔。 5.2.2光电二极管的原理分析 图8 光电二极管原理图 1+19.6=20.6。所以其能将光敏二极管的输入电压放大约20倍。同样，对A4组成的电压放大倍数，由于是完全相同的电路，其放大倍数也为20倍。 图9 放大电路图 图 图– u-）/R = ui1/R if = (u- - u0 ) /Rf = -u0/Rf 反向输入端点a点的KCL方程 ： i1=id+if ≈if 带入 ui/R = - uo/Rf 即： uo= （- Rf/R ）/ui 则闭环电压放大倍数 ： Auf =uo/ui = - Rf/R= - 100/10= -10 即A1、A2 都将电压反向再放大10倍 5.3.1电机的正转控制 目的： 当左右两端的传感器给出不同电压信号右侧信号大的时候需要电机转动，使得接收板转动，调节2个硅光电二极管的角度使得接收板的中心正对准光源。 假设分析： 左侧输入电压Vil 经过反向比例放大电路后，在M 左侧电路中的电压为U1。右侧输入电压Vi2 经过反向比例放大电路后，在M 右侧电路中的电压为U2。 当左侧输入电压Vil小于右侧输入电压Vi2时候，两边产生的电压U1、U2之间产生电压差，且U1大于U2。此时电路中主电流的流向为下图红色细线。这样电机会发生旋转，达到电机的正转控制的效果。图11电机正转图图11 电机正转图 图12为电机反转图。 图13 电机停止图图14 控制电路改进图 我们发现这种方式实现电机的正传与反转控制比较困难，首先，在控制电机状态时候，正转反转控制如果通过开关控制，便达不到起初制定的自动控制的效果灵。其次，在模型建立的同时，我们的所有传动齿轮、电机以及其他材料都是用身边的废弃物品加工后制成的。用继电器控制敏度不会很高；再次，我们制作时候能找到的电机，只能是类似四驱车上用的小电机。输出功率P很小，P=UI 因此 U和I 应当尽量小，这样才好控制。 然后我们通过重新得阅读相关书籍，最终决定了使用现在的电路，这个电路灵敏度高，反映速度快，调试调整方便。 6.2电路调整中的电路改进 在连接好所有线路置后，调整时候发现了一个问题，电机位置始终有单位很小的电压，虽然是小电压但对之后的控制会产生很大的影响。例如：正转、反转停止的相应电压为：2v ，-1v ，4.5v 这样使得控制部分的灵敏度很低。为了查找原因，我们用万用表比较左右两侧的电压数值，发现整个电路没有线路连接错误。最后我们作了一个设想，如果说电阻的实际值和电阻上的标号有差异，也许大一点，也许小一点。假设是1%。通过4个运算放大器后 它对电路的影