轻型跟踪机构的设计与分析

发布时间：2020-05-15 22:11

【摘要】：本文针对一种轻柔索网结构反射器展开研究,将3RPS并联机构应用到跟踪机构上,最终设计出一套轻型太阳位置跟踪系统,希望将其用于太阳能的反射汇聚。该跟踪系统主要包括索网反射器、跟踪机构和桁架支撑结构。本文对整个跟踪系统进行了详细的结构设计与分析,并设计了跟踪系统的整个流程,最终对跟踪系统进行了实物验证。首先,开展了太阳位置的理论计算并进行了计算精度的检验。简要介绍了太阳运动规律和标记太阳位置常用的两种参考坐标系,在此基础上,对太阳位置进行了计算。参考2015年的中国天文年历,在几种天文算法中选择了精度最高的一种。最终将本文天文算法计算出的数据与日梭万年历上的数据对比,得出本文计算出的太阳高度角和方位角精度均在0.05°以内。然后,对跟踪机构进行了方案选择与位姿分析。根据轻柔索网结构反射器的特点,将3RPS并联机构应用到跟踪机构上,并对3RPS并联机构进行了位姿分析,得出了杆长变化的计算公式,并对杆长计算方法进行了改进。对跟踪平台的尺寸及复合球铰的结构进行了比较选择,最终利用ADAMS软件对跟踪机构进行了运动仿真。接着,对跟踪系统进行了结构设计与分析。推导了风载计算公式,对极限状态下的反射器进行了建模及多工况静力分析,利用ANSYS软件和ISIGHT软件联合优化对反射器进行了多目标多工况优化。分析和设计了伸缩杆及桁架的结构尺寸,利用节点自由度耦合对整体模型进行了建模,并对整体模型进行了多工况静力分析及多目标多工况优化。对仰天状态下的整体模型进行了多工况静力分析,最终得出整体模型在三级风下能正常工作,在六级风下不被破坏。最后,对控制系统进行了设计与分析。选择与分析了跟踪系统所需的各种硬件,并介绍了各个硬件之间应如何连接。设计了太阳位置跟踪系统的整个跟踪流程,并对流程做了详细的解释说明,编写了整个跟踪系统的单片机程序。最终制作了跟踪系统的整体实物模型,且进行了实验验证,得出该系统跟踪精度在0.4°以内。本文的分析将对索网反射器在太阳能工程中的未来应用具有一定的意义。
【图文】：

能源,占比,原煤,等能源

1.1课题研究背景与意义自工业革命以来，世界经济飞速发展，人们的生活水平也在不断提高，经济的发展和人类的生存时刻都离不开能源，世界各个国家对能源的需求也在不断地扩大，但随之而来的有两大难题：一是目前消耗最多的仍是一些传统能源，如煤、石油和天然气等，这些能源都属于不可再生能源。由于在地球上的储量有限，这些传统能源已经不能满足人类生产和生活的需求，人们正在急切地寻找一些新能源，希望以此解决能源危机。二是这些传统能源在燃烧的过程中会产生大量的二氧化硫（SO2）和二氧化碳（CO2）等污染气体，不仅造成了环境污染，如近些年的雾霾，同时也会造成温室效应，严重威胁人类的生存环境。如图 1.1 所示，世界能源消耗以原油、原煤和天然气为主，三者分别占整体能源的 32%、30%和 24%，其余水电、核电等能源的占比达 14%。而中国能源消耗中，原煤占比达到了 67%，同时原煤对生态环境的污染也最严重，其次是原油占比 19%，而天然气仅占总体的 5%，其余水电、核电等能源的占比仅有 9%。因此，，中国需要大力发展清洁能源[1]。

太阳位置,主动式,跟踪系统,双轴

2017 年 Tsung-Chieh Cheng 等设计了一套主动式双轴跟踪系统[10]，如图1.2所示。图 1.2 主动式双轴太阳位置跟踪系统该系统一方面利用两侧的光伏电池板进行发电，其产生的电量足以满足整个系统用电；另一方面，采用了菲涅尔透镜模块将阳光集中在一台斯特林发电机的加热头上，
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK513.4

【参考文献】