基于分時競爭機制的日光定向反射控制裝置及控制方法
【專利摘要】本發明公開了基于分時競爭機制的日光定向反射控制裝置及控制方法，它包括反射鏡（5）、傳感器模塊（4）、反射鏡固定支架（7）、跟蹤動作模塊（8）和支撐模塊（9），傳感器模塊（4）為兩個且對稱固定在反射鏡固定支架（7）上，反射鏡（5）裝在反射鏡固定支架（7）的中間位置，傳感器模塊（4）的輸出端與跟蹤動作模塊（8）的輸入端相連，支撐模塊（9）通過跟蹤動作模塊（8）連接反射鏡固定支架（7），支撐整個裝置，傳感器模塊（4）由多個傳感器（4.1）和殼體（4.2）組成，傳感器（4.1）裝于殼體（4.2）外側。本發明安裝難度小、使用靈活、控制簡單，它反射精度固定，無累計誤差，當裝置移動或位置調整時，不影響其對陽光的定向反射。
【專利說明】基于分時競爭機制的日光定向反射控制裝置及控制方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及基于分時競爭機制的日光定向反射控制裝置及控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著世界能源危機愈加嚴重，太陽能光熱發電越來越受到重視，其發電方式主要分為碟式、槽式和塔式三種，與槽式和碟式太陽能熱發電方式相比，塔式太陽能熱發電具有集中度高、聚光倍率高、容量擴充成本低等技術優勢。塔式太陽能發電是通過多組定日鏡和跟蹤系統將不同方向入射的陽光反射到固定的塔式集熱裝置中，再將收集的熱能轉換為電能。陽光定向反射裝置將陽光反射到集熱器的效率直接影響塔式太陽能發電系統的發電效率。
[0003]目前的塔式太陽能發電定向反射裝置有多種控制方式，其中采用閉環控制方式較多，所謂閉環控制方式是通過檢測光線反射的方向是否為所需方向，來控制跟蹤裝置運動。如申請號200620084631.7所公布的“自動跟蹤定向反射太陽能鍋爐”，它通過檢測反射光角度與所需反射的位置進行比較，來控制跟蹤系統追蹤；申請號00134939.2所公布的“自動控制定向反射太陽能收集與光熱轉換裝置”，是通過檢測反射光的方向控制跟蹤系統，這些閉環控制方式的裝置雖然定向反射精度高，但反射裝置及傳感器的安裝位置是固定的，一旦裝置或傳感器的位置發生改變，將無法完成反射，這對大型塔式電廠來說，設備安裝難度大，且安裝成本高。
[0004]又如申請號201110041874.8所公布的“一種用于塔式太陽能熱發電站的定日鏡跟蹤裝置”，通過固定在塔式集熱器上的攝像頭群拍攝的反射光的信號來控制跟蹤結構實現反射；申請號201120041047.4所公布的“塔式太陽能熱發電站的定日鏡跟蹤控制裝置”，亦是通過固定在集熱器上的攝像機拍攝到的反射光方向信號控制調整跟蹤裝置實現反射；申請號201080042011.6所公布的“太陽跟蹤器設備和系統”，則通過安裝在追蹤機構中心的成像設備，獲得反射光方向與目標方向是否相同的方式控制完成跟蹤。采用該種閉環控制方式的裝置，其成像/攝像裝置位于集熱器或者反射裝置上，結構不受傳感器的影響，且跟蹤精度高，但該裝置控制系統復雜，控制程序要對每個成像設備進行計算，計算量大。
[0005]除此之外，現有的控制方式中也有采用開環程序控制方式，所謂開環程序控制是利用程序計算每天每個時刻太陽的角度，再計算出反射鏡的角度，控制跟蹤裝置完成反射，或者通過傳感器檢測太陽的位置，再計算出反光鏡將光反射到固定位置時所在的方位，控制跟蹤系統完成跟蹤，然而這兩種方式計算復雜，對不同安裝位置的反射裝置給定固定的控制程序，且前者容易產生累計誤差，導致反射精度差或反射失敗。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種安裝難度小、使用靈活、控制簡單的基于分時競爭機制的日光定向反射控制裝置及控制方法，它反射精度固定，無累計誤差產生，當裝置移動或位置調整時，不會影響其對陽光的定向反射。[0007]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:基于分時競爭機制的日光定向反射控制裝置，它包括目標信號源、反射鏡、傳感器模塊、反射鏡固定支架、跟蹤動作模塊和支撐模塊，傳感器模塊為兩個，兩個傳感器模塊對稱的固定在反射鏡固定支架上，反射鏡固定在反射鏡固定支架的中間位置上，傳感器模塊的信號輸出端與跟蹤動作模塊的控制信號輸入端相連，控制跟蹤動作模塊的跟蹤動作，支撐模塊通過跟蹤動作模塊連接反射鏡固定支架，支撐整個裝置，目標信號源用于發射目標信號并接收反射鏡反射的入射陽光。所述的傳感器模塊由一個或多個傳感器和殼體組成，一個或多個傳感器分別安裝于殼體外側。
[0008]所述傳感器模塊(4)上的傳感器為陽光傳感器或目標信號傳感器，陽光傳感器設置在其中一個傳感器模塊上，目標信號傳感器設置在另一個傳感器模塊上。陽光傳感器和目標信號傳感器結構相同，陽光傳感器用于檢測入射陽光與反射鏡法線的夾角，目標信號傳感器用于檢測目標信號與反射鏡法線的夾角。
[0009]所述的目標信號包括微波和無線電波。所述的反射鏡為平面鏡。
[0010]所述的控制信號為夾角信號，跟蹤動作模塊的跟蹤動作由夾角信號的大小控制:①當夾角信號大時，跟蹤動作模塊的跟蹤動作大；②當輸入的夾角信號小時，跟蹤動作模塊的跟蹤動作小；③當陽光傳感器與目標信號傳感器輸出的夾角信號相同或相差小于設定值時，跟蹤動作模塊停止工作。
[0011]基于分時競爭機制的日光定向反射控制方法，它包括如下步驟:
第一步:由陽光傳感器或目標信號傳感器分別判斷其對應的信號源與反射鏡法線的夾角，并根據夾角信號輸出控制信號，控制跟蹤動作模塊向該信號源運動與夾角成一定比例關系的角度；
第二步:由另一個傳感器模塊判斷另一個信號源與法線的夾角，同樣輸出控制信號，控制跟蹤動作模塊向該信號源運動與夾角信號成比例關系的角度，兩傳感器模塊控制跟蹤動作模塊運動的角度與夾角信號所成的比例關系相同；
第三步:依次循環第一步與第二步所述動作，直至兩個傳感器模塊輸出的夾角信號相同或相差小于設定值時，跟蹤動作模塊停止工作。
[0012]本發明的有益效果是:
(1)傳感器模塊設置在跟蹤動作模塊之上，傳感器模塊跟隨跟蹤動作模塊運動，增加了裝置的靈活性和一致性；
(2)跟蹤動作模塊由陽光傳感器和目標信號傳感器交替控制，使跟蹤動作模塊帶動反射鏡交替向陽光信號源與目標信號源運動，實現分時競爭的工作方式，進而簡化了控制程序，計算簡單；
(3)傳感器設置在跟蹤動作模塊之上，采用開環實時檢測方式，定向反射精度固定，避免了累積誤差的產生，反射精度高；
(4)能夠在定日鏡場內任意位置安裝，當裝置移動或者位置調整時，不影響其對陽光的定向反射。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為立方體結構的傳感器模塊；圖3為多棱柱體結構的傳感器模塊；
圖4為旋轉俯仰結構的跟蹤動作模塊；
圖5為平行二軸結構的跟蹤動作模塊；
圖6為平行多軸結構的跟蹤動作模塊； 圖中，1-入射陽光,2-目標信號源,3-目標信號,4-傳感器模塊,4.1-傳感器,4.2-殼體,4.2a-立方體結構的殼體,4.2b-多棱柱體結構的殼體,5-反射鏡,6-入射陽光信號源，7-反射鏡固定支架，8-跟蹤動作模塊，8al-俯仰單元，8a2-旋轉單元，8bl-中心支撐單元，8b2-平行二軸跟蹤軸，8cl-平行多軸跟蹤軸，9-支撐模塊。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖及實施例進一步詳細描述本發明的技術方案，但本發明的保護范圍不局限于以下所述。
[0015]如圖1所示，基于分時競爭機制的日光定向反射控制裝置，它包括目標信號源2、反射鏡5、傳感器模塊4、反射鏡固定支架7、跟蹤動作模塊8和支撐模塊9，傳感器模塊4為兩個，兩個傳感器模塊4對稱的固定在反射鏡固定支架7上，反射鏡5固定在反射鏡固定支架7的中間位置上，傳感器模塊4的信號輸出端與跟蹤動作模塊8的控制信號輸入端相連，交替控制跟蹤動作模塊8的跟蹤動作，實現跟蹤動作模塊8分時的工作方式，使跟蹤動作模塊8帶動反射鏡5交替向入射陽光信號源6與目標信號源2運動，實現競爭，多次循環工作后，最終將入射陽光I定向反射到目標信號源2的位置。支撐模塊9通過跟蹤動作模塊8連接反射鏡固定支架7，支撐整個裝置，目標信號源2用于發射目標信號3并接收反射鏡5反射的入射陽光I。所述的傳感器模塊4由一個或多個傳感器4.1和殼體4.2組成，一個或多個傳感器4.1分別安裝于殼體4.2外側。
[0016]所述傳感器模塊4上的傳感器4.1為陽光傳感器或目標信號傳感器，陽光傳感器設置在其中一個傳感器模塊4上，目標信號傳感器設置在另一個傳感器模塊4上。陽光傳感器和目標信號傳感器結構相同，功能相似，陽光傳感器用于檢測入射陽光I與反射鏡5法線的夾角，并向跟蹤動作模塊8輸出相應的角度信號，目標信號傳感器用于檢測目標信號3與反射鏡5法線的夾角，并向跟蹤動作模塊8輸出相應的角度信號。
[0017]跟蹤動作模塊8通過分時工作的方式分別在陽光傳感器和目標信號傳感器輸出的角度信號的控制下獨立工作，且跟蹤動作模塊8的跟蹤動作由夾角信號的大小控制--①當夾角信號大時，跟蹤動作模塊8的跟蹤動作大；②當輸入的夾角信號小時，跟蹤動作模塊8的跟蹤動作小；③當陽光傳感器檢測到入射陽光I與反射鏡5法線的夾角信號時，控制電路控制跟蹤動作模塊8向入射陽光I方向運動對應的角度，當目標信號傳感器檢測到目標信號3與反射鏡5法線的夾角信號時，控制電路控制跟蹤動作模塊8向目標信號3方向運動對應的角度，多次循環工作后，當陽光傳感器與目標信號傳感器輸出的夾角信號相同或相差小于設定值時，跟蹤動作模塊8停止工作，實現將入射陽光I定向反射到目標信號源2的位置。
[0018]所述的目標信號3包括微波和無線電波。所述的反射鏡5為平面鏡，能提高入射日光定向反射裝置的反射效率。
[0019]下面結合實施例具體說明傳感器模塊的功能實現:【實施例1】如圖2所示為立方體結構的傳感器模塊，它包括傳感器4.1和立方體結構的殼體4.2a,傳感器4.1分布在立方體結構的殼體4.2a的四個側面上,傳感器4.1為陽光傳感器或目標信號傳感器，由于陽光傳感器或目標信號傳感器結構相同，判斷信號的原理相同，故以陽光傳感器為例做進一步闡述。將圖中前后相對的兩個陽光傳感器分為一組，左右相對的兩個陽光傳感器分為另一組，兩組分別判斷正交的兩個方向的入射陽光信號，兩組信號共同作用即可判斷入射陽光信號的角度。 [0020]【實施例2】如圖3所不為多棱柱體結構的傳感器模塊,它包括傳感器4.1和多棱柱體結構的殼體4.2b,傳感器4.1分布在多棱柱體側面，以陽光傳感器為例，與實施例1相同，相對的兩個陽光傳感器互為一組，檢測該方向入射陽光的分量信號，通過多方向的信號共同作用判斷出入射陽光信號的角度。
[0021]下面結合實施例具體說明跟蹤動作模塊的功能實現:
【實施例1】如圖4所示為旋轉俯仰結構的跟蹤動作模塊，俯仰單元8al和旋轉單元8a2分別負責高度角和方位角跟蹤，陽光傳感器與目標信號傳感器依次循環檢測入射陽光I和目標信號3與反射鏡5法線夾角，根據陽光信號傳感器得到的角度信號控制旋轉單元8a2向靠近入射陽光I方向旋轉對應的角度，俯仰單元8al也向入射陽光I方向運動對應的角度，同樣，根據目標信號傳感器得到角度信號控制旋轉單元8a2向靠近入射陽光I方向旋轉對應的角度，俯仰單元也向入射陽光I方向運動對應的角度，多次循環后，兩個傳感器得到的角度信號相等或者小于閾值，實現陽光的定向反射。
[0022]【實施例2】如圖5所示為平行二軸結構的跟蹤動作模塊，它包括中心支撐單元8bl和兩根平行二軸跟蹤軸8b2，中心支撐單元Sb I包括支撐住和頂端的萬向結構，平行二軸跟蹤軸8b2包括伸縮單元、支撐單元和彈性連接單元,該平行二軸結構的跟蹤動作模塊通過兩根相互正交的平行二軸跟蹤軸8b2伸縮運動，帶動反射鏡5依次循環向入射陽光I方向和目標信號3方向運動,具體表現為:向夾角信號大的信號源運動對應較大的角度，向夾角信號小的信號源運動對應較小的角度，多次循環后，兩個傳感器得到的角度信號相等或者小于閾值，實現陽光的定向反射。
[0023]【實施例3】如圖6所示為平行多軸結構的跟蹤動作模塊，它包括多根平行多軸跟蹤軸8cl，每根平行多軸跟蹤軸Scl的運動機理與圖5中的平行二軸跟蹤軸8b2運動機理完全一樣，當傳感器與跟蹤結構的平行多軸跟蹤軸8cl增多后，對信號源的方向判斷更加準確，定向反射的精度也更高。
[0024]基于分時競爭機制的日光定向反射控制方法，它包括如下步驟:
第一步:由陽光傳感器或目標信號傳感器分別判斷其對應的信號源與反射鏡(5)法線的夾角關系，通過傳感器模塊4中相對的兩個傳感器4.1判斷信號源在這一方向的偏向位置，多組傳感器4.1共同工作判斷出信號源方向與反射鏡5法線的位置關系，并根據夾角信號輸出控制信號，控制跟蹤動作模塊8向該信號源運動與夾角成一定比例關系的角度；第二步:根據每組傳感器4.1判斷所得信號控制該組傳感器4.1控制下的電機向信號源方向運動與夾角信號成一定比例關系的角度，多組電機同時工作即可使反射鏡固定支架7帶動追蹤平面整體向信號源的方向移動與夾角信號成比例關系的角度；
第三步:由另一個傳感器模塊4采用與第一步和第二步所述相同的方式判斷另一個信號源與反射鏡5法線的夾角，同樣輸出控制信號，控制跟蹤動作模塊8向該信號源運動與夾角信號成比例關系的角度，兩傳感器模塊4控制跟蹤動作模塊8運動的角度與夾角信號所成的比例關系相同；
第四步:依次循環以上三步所述動作，直至兩個傳感器模塊4輸出的夾角信號相同或相差小于設定值時，跟蹤動作模塊8停止工作。
【權利要求】
1.基于分時競爭機制的日光定向反射控制裝置，其特征在于:它包括目標信號源(2)、反射鏡(5 )、傳感器模塊(4)、反射鏡固定支架(7 )、跟蹤動作模塊(8 )和支撐模塊(9 )，傳感器模塊(4)為兩個，兩個傳感器模塊(4)對稱的固定在反射鏡固定支架(7)上，反射鏡(5)固定在反射鏡固定支架(7)的中間位置上，傳感器模塊(4)的信號輸出端與跟蹤動作模塊(8)的控制信號輸入端相連，控制跟蹤動作模塊(8)的跟蹤動作，支撐模塊(9)通過跟蹤動作模塊(8)連接反射鏡固定支架(7)，支撐整個裝置，目標信號源(2)用于發射目標信號(3)并接收反射鏡(5)反射的入射陽光(I);所述的傳感器模塊(4)由一個或多個傳感器(4.1)和殼體(4.2)組成，一個或多個傳感器(4.1)分別安裝于殼體(4.2)外側。
2.根據權利要求1所述的基于分時競爭機制的日光定向反射控制裝置，其特征在于:所述傳感器模塊(4)上的傳感器(4.1)為陽光傳感器或目標信號傳感器，陽光傳感器設置在其中一個傳感器模塊(4)上，目標信號傳感器設置在另一個傳感器模塊(4)上。
3.根據權利要求2所述的基于分時競爭機制的日光定向反射控制裝置，其特征在于:所述的陽光傳感器和目標信號傳感器結構相同，陽光傳感器用于檢測入射陽光(I)與反射鏡(5)法線的夾角，目標信號傳感器用于檢測目標信號(3)與反射鏡(5)法線的夾角。
4.根據權利要求1所述的基于分時競爭機制的日光定向反射控制裝置，其特征在于:所述的目標信號(3 )包括微波和無線電波。
5.根據權利要求1所述的基于分時競爭機制的日光定向反射控制裝置，其特征在于:所述的反射鏡(5)為平面鏡。
6.根據權利要求1所述的基于分時競爭機制的日光定向反射控制裝置，其特征在于:所述的控制信號為夾角信號，跟蹤動作模塊(8)的跟蹤動作由夾角信號的大小控制:①當夾角信號大時，跟蹤動作模塊(8)的跟蹤動作大；②當輸入的夾角信號小時，跟蹤動作模塊(8)的跟蹤動作小；③當陽光傳感器與目標信號傳感器輸出的夾角信號相同或相差小于設定值時，跟蹤動作模塊(8)停止工作。
7.基于分時競爭機制的日光定向反射控制方法，其特征在于:它包括如下步驟: 第一步:由陽光傳感器或目標信號傳感器分別判斷其對應的信號源與反射鏡(5)法線的夾角，并根據夾角信號輸出控制信號，控制跟蹤動作模塊(8)向該信號源運動與夾角成一定比例關系的角度； 第二步:由另一個傳感器模塊(4)判斷另一個信號源與法線的夾角，同樣輸出控制信號，控制跟蹤動作模塊(8)向該信號源運動與夾角信號成比例關系的角度，兩傳感器模塊(4)控制跟蹤動作模塊(8)運動的角度與夾角信號所成的比例關系相同； 第三步:依次循環第一步與第二步所述動作，直至兩個傳感器模塊(4)輸出的夾角信號相同或相差小于設定值時，跟蹤動作模塊(8)停止工作。
【文檔編號】F24J2/38GK103471265SQ201310361245
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月19日 優先權日:2013年8月19日
【發明者】高椿明, 劉浩, 呂奇, 左笑塵, 龔艷麗, 黃紅玲 申請人:高椿明