基于步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在階梯波中，電池板轉(zhuǎn)動(dòng)小角度所需要的時(shí)間相對(duì)于數(shù)分鐘的等待時(shí)間來說是非常短暫的，所以忽略電池板轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的時(shí)間。系統(tǒng)的跟蹤過程為：每隔4．5分鐘計(jì)算出高度角差值，除以半步步距角0．9°，得到所需脈沖數(shù)，由于脈沖只能是整數(shù)，所以對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行四舍五入處理，將得到的脈沖數(shù)發(fā)送使步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)電池板轉(zhuǎn)動(dòng)。
跟蹤的最大誤差是9．14°，平均誤差是3．96°。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)在沒有采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)時(shí)震動(dòng)和噪聲比較大，每一個(gè)脈沖的旋轉(zhuǎn)角度誤差是比較大的，由于仿真中是假定此時(shí)一個(gè)脈沖使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)0．9°，所以實(shí)際的要比理想化的跟蹤誤差要偏大。
不考慮反饋，出現(xiàn)累積誤差，配上傳感器電路作為反饋修正，可消除部分累積誤差，但是步進(jìn)電機(jī)的最小旋轉(zhuǎn)角度是0．9°，對(duì)于諸如1．3°，2．4°這樣的離0．9°的整數(shù)倍較遠(yuǎn)的角度偏差改良效果不佳，所以用光電傳感器電路進(jìn)行反饋時(shí)對(duì)跟蹤精度的改良效果也十分有限。
此時(shí)電池板的等待間隔時(shí)間至少是4．5分鐘，在這段時(shí)間內(nèi)電池板的角度是不變的，但是太陽高度角是一直在變化的，所以等待時(shí)間越長(zhǎng)，則電池板采集太陽能的效率就會(huì)越低。
3．2 自動(dòng)跟蹤采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)
間隔1．5分鐘，采用32細(xì)分高度角跟蹤圖如圖8所示，其跟蹤過程與圖7類似。采用32細(xì)分驅(qū)動(dòng)，0．0563°／步，間隔時(shí)間縮短，跟蹤的最大誤差是1．25°，平均誤差是0．9°。由圖8可知，跟蹤誤差比不采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)時(shí)明顯減小，精度提高，細(xì)分驅(qū)動(dòng)后步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，每個(gè)步進(jìn)精度接近于0．0563°，采用傳感器電路進(jìn)行反饋補(bǔ)償后可進(jìn)一步提高跟蹤精度，此時(shí)的補(bǔ)償效果優(yōu)于一般驅(qū)動(dòng)。
間隔1．5分鐘，64細(xì)分高度角跟蹤圖如圖9所示，其跟蹤過程與圖7類似。跟蹤的最大誤差是0．4°，平均誤差是0．16°。64細(xì)分驅(qū)動(dòng)后精度比32細(xì)分進(jìn)一步提高，并且64細(xì)分驅(qū)動(dòng)時(shí)還可進(jìn)一步縮短間隔時(shí)間。對(duì)于一般的實(shí)際應(yīng)用來說，64細(xì)分，間隔1．5分鐘，再配以光電傳感電路進(jìn)行角度反饋補(bǔ)償是完全能滿足太陽能自動(dòng)跟系統(tǒng)的精度要求。

基于縮短等待間隔時(shí)間，傳感器對(duì)小角度補(bǔ)償時(shí)誤差減小和步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定三方面來考慮，太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)，這樣可以大幅提高跟蹤精度，充分利用太陽能資源。

4 結(jié)束語
文中設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心的太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，系統(tǒng)為雙軸跟蹤，能自動(dòng)檢測(cè)晝夜和判斷天氣狀況。自動(dòng)跟系統(tǒng)采用預(yù)先計(jì)算好的太陽位置進(jìn)行自動(dòng)跟蹤，晴天時(shí)光電傳感器對(duì)可能出現(xiàn)的誤差進(jìn)行修正，減小跟蹤誤差。深入地分析比較系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用一般驅(qū)動(dòng)與細(xì)分驅(qū)動(dòng)對(duì)跟蹤精度的影響，得出結(jié)論，與采用一般驅(qū)動(dòng)方法的系統(tǒng)相比，采用步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)跟蹤精度高，有效地提高太陽能利用率。