2 Описание объекта управления

2.1 Структурная схема разрабатываемой установки

На рисунке 2.1 спроектирована структурная схема разрабатываемой энергетической установки.

Рисунок 2.1 – Структурная схема разрабатываемой установки

Солнечные панели КСМ-160 последовательно соединены друг с другом; вырабатывая электрический ток, и с помощью контроллера заряда-разряда аккумуляторной батареи (КЗРАБ) ток поступает на аккумуляторные батареи (АБ1, АБ2), либо на инвертор (И). Установка имеет конечные выключатели (КВ1-КВ4), не допускающие перекручивание кабелей. Изменение положения панелей в пространстве осуществляется с помощью шаговых двигателей (М1, М2) через редукторы (Р1, Р2), а сопряжение М1, М2 и контроллера наведения на Солнце (КНС) – посредством драйверов шагового двигателя (ДШД1, ДШД2). Информация с датчиков положения Солнца (ДПС1, ДПС2) также поступает на КНС. КНС, анализируя полученную с датчиков информацию, передает сигнал ДШД1, ДШД2, задавая необходимое перемещение.

2.2 Гелиотрекер

Гелиотрекер – устройство, способное поворачивать конструкцию установки так, чтобы направлять солнечные лучи постоянно в одном направлении, несмотря на видимое суточное движение Солнца.

Оценивание положения Солнца относительно плоскости фотоэлектрических модулей производится с помощью датчиков Солнца. Датчик состоит из трех фотоэлементов, два из которых стоят наклонно друг к другу, а третий соединяет их снизу. При этом их называют: правый, левый и тыловой.

Алгоритм наведения на Солнце, реализованный в контроллере наведения, приведен на рис. 2.3. При проведении испытаний в лабораторных условиях установлено, что ошибка в 5% при определении разницы токов в боковых панелях (правой и левой частях) датчика положения Солнца обеспечивает точность наведения на Солнце в 1 градус. Фотография блока датчиков приведена на рисунке 2.2

Рисунок 2.2 - Фотография двух датчиков положения Солнца

Рисунок 2.3 – Алгоритм работы контроллера наведения на Солнце

2.2.1 Контроллер наведения на Солнце

Контроллер наведения на Солнце обрабатывает сигналы, поступающие с двух отдельных датчиков положения Солнца, выдает сигналы управления на два драйвера шаговых двигателей, опрашивает драйвера шаговых двигателей, опрашивает четыре конечных выключателя. Каждый датчик состоит из трех фотоэлементов, два из которых стоят наклонно дуг к другу, а третий соединяет их снизу. При этом их называют: правый, левый и тыловой. При точном наведении на Солнце правый и левый фотоэлемент выдают одинаковый ток, а если есть отличие, то необходимо перемещение в то направление, чтобы скомпенсировать это разницу. Если три фотоэлемента у датчика показывают одинаковый ток, то фотодатчик находится в тени. В этом случае перемещение в двухкоординатном механизме производить не требуется. Если тыловой датчик выдает самый больший ток, это означает, что Солнце светит с обратной стороны. В этом случае необходимо развернуть всю установку в направлении Солнца.

Перемещение соответствует алгоритму, указанному в таблице 3, и происходит дискретно на три градуса по обеим координатам, пока не выровняются сигналы в обеих плоскостях в каждом фотодатчике по обеим координатам. Допускаемая погрешность между сигналами в наклонных плоскостях фотодатчиков, после которой необходимо проводить перемещение по координатам составляет 5 процентов. Это позволяет экономить энергию на перемещение и предотвращать реверс в шаговых двигателях.

Контроллер наведения на Солнце состоит из микроконтроллера ATMEGA-16 (DD1), преобразователя напряжения DA1, шести усилителей DA2-DA4, микросхемы DD2, обеспечивающей связь по каналу RS485 с конвертором (оптическим преобразователем) I-7561, который включается в USB шину компьютера. Микроконтроллер DD1 выдает на вход драйверов шагового двигателя следующие сигналы: направление вращения шаговых двигателей по координате Х (сигнал DR1) и по координате Y (сигнал DR2), количество импульсов, которое необходимо отработать драйверами по координате Х (сигнал РU1) и по координате Y (сигнал РU2), сигналы выключения обоих драйверов (MF1 и MF2).

Количество импульсов определяет заданное перемещение. В драйвере можно выставить размер минимального шага (для двигателя ШД-5Д до 0,03 градуса), а так же можно выставить величину амплитуды импульса тока в шаговом двигателе. Принимает микроконтроллер DD1 сигналы готовности двух драйверов: сигнал RDY1 – готовность по координате Х, сигнал RDY2 – готовность по координате Y.Также микроконтроллер DD1 принимает сигналы с четырех конечных выключателей: Х1 - начальное (исходное) положение по координате Х, Y1 - начальное (исходное) положение по координате Y, Х2 - максимальное положение по координате Х, Y2 - максимальное положение по координате Y.

На рисунке 2.3 приведена фотография контроллера наведения на Солнце, конвертора I-7561 и блока драйверов для шаговых двигателей типа ШД-5Д.

Рисунок 2.4 - Фотография КНС, конвертора, драйвера ШД