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4968-二维跟踪太阳光伏发电装置设计（双要摇杆式）【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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is in on a on a or of 6,1214,17,19. 4 (2004) 821834* +1+at in of 004 of a on as of , Y. 350 5B 25 s 5S 3of a as as In is to a G. 0957 - 211 2004 . et (2004) 821834a in of is in in 1,11,15,19. at to In to of an is it by as in of a an to in in is is is In to is by a it in of to in to in 6, it is is a 500 Hz an 55,360 5, it of be in a is 2, of 7,8. is 9, in is an in of 1. on is on A is 3, on 4,16. 10, a by a to a . In is to be a on et (2004) 821834 8232. of N, as of of 2p=N, of a is by of of a a to to an a , is a , at kT is k 1;2;. If is 0 to 2%, 100, a 01 to be on is to of j to of of j on at At to be of A as 1 j. it be is at of j be To we a m, a to rj,be m is on is as : of : j = 0 G. et (2004) 821834 825(k)=(k) (1. j + 1 o |(k) - ( o j = m . et (2004) 821834In is a 6,1214. is in to is in is to 12. 10, a is by 1214. of is to of to a of is by of In in of is we a q _qs 13: of : as 1, in j 10) or is by of . of of in to . In m be by to . In it In to W R 2p=N, it is to a of q. (12)et (2004) 821834 827 a as j08. et (2004) 82183426)(29). of is by it is by of 10 is e is be 029e f a i 1;2;3;0k 27as _is to c, ae a is 0 25of an _e 23e k is a of a is to a of a q C0 _q a is a by a PC a A of is is by a C at of is to at is of 24,000 it is to in to a to an is an a is et (2004) 821834 8292. An a a of in of of is to is to at as by in in a of is to As a by is at at by is as as at at to at 3 in by in 4 in a a . et (2004) 8218343. as 18, a as 14. as is to of in of 0 0:5of 17) on et (2004) 821834 8314. is a is to 0:003on be by to of . 6 of 7 As is as 7, at 7 is of in as of it on m)m)B (Fs(s2/0832 G. et (2004) 821834in in of as , if or is In to to be as a 5. a) b)60 et (2004) 821834 8335. is a in of of on of In a is to a is in on a on at in of 7. 6. 7 , . of 000. p. 259599.18 . of 34 G. et (2004) 8218342002.19 , , A. of C, 2002. p. 2650is in by , , . A of of 994;30(7):1083138.2 R. of of 992 992. p. 58592. 毕业设计 文献翻译 院（系）名称 工学院机械系 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 毕 凯 指导教师 李安生 2012 年 03 月 10 日 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 1 页 机电一 体 化 14(2004)821834 一个带有速度 估 算 和摩擦补偿的直接驱动机械手的精确低速运动控制 G. a,*, b, Y. b 航空航天工程， 多利亚 350号 多伦多， 加拿大 器人学和自动化实验室，多伦多 多伦多， 加拿大 要 除了方案鲁棒性 和 自 适应性 ， 一个机器人 机械手 的精确低速运动控制 还 需要精确的 位置及速度测量和 关节处 的摩擦补偿。然而，精确的速度测量和摩擦补偿仍然是挑战性 的研究任务，尤其对于十分缓慢的运动。 在 本文中 ， 作者 提出了一种简单而有效的方法就是从采样的增量式编码器脉冲序列中估计速度 。 然后 把这 个 应用于在所提出的以分解为基础的摩擦补偿方法的实验调查中。 直接驱动机械手的实验结果 证明 可以在 存在显著的关节摩擦 的前提下进行低速的精确运动控制 。 2004年 关键词： 精确的运动控制； 速度 估算 ； 摩擦补偿； 鲁棒 的控制； 以分解为基础的控制 绪论 直接驱动机械手的低速精确运动控制依赖于精确 的位置及 速度测量和关节处的摩擦补偿，还有控制配置的强大和 自 适应性。然而精确的速度测量与 估算 和摩擦补偿仍然是具有挑战性的研究 课 题，尤其对于十分缓慢的 运动。 在执行摩擦补偿时速度测量是至 关 重要的 问题， 不仅以模型为基础的摩擦前馈补偿需要 摩擦补偿 ，而且在大多数的反馈补偿中也需要 摩擦补偿 。 速度测量噪音当被反馈增量扩大时，能激励未 减速 的高阶动力 。 对于速度测量，发电机类的转数计和以编码器为基础 进行 速度测量 的电子产品 在商业上是可供使用的， 但是因为噪音和低分辨率他们经常不能在 低 速下提供令人满意的输出。 在文献中，黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 2 页 人们提出 从位置测量中估算速度 的各种方法 ， 其中 最典型的是光学编码器的输出。最简单的速度 估算 方法是欧拉逼近， 它通过区分最后两个采样位置的差 值 然后 把它除以 采样周期。当位置被精确 采 样时，诸如在我们的实验中使用了激光动态的校准器，欧拉逼近给出了最简单和最有效速度 估算 。然而， 采 用增量式编码器脉冲序列，采样位置因为采样和编码器的制作公差包含随机误差，它会导致在 使用 欧拉逼近时速度 估算 会出现大的 偏差 ，尤其是在采样周期短和关节速度低的情况下。为了减少速度 估 算 误差 ，一种有效的方法是在运用欧拉逼近之前向后追踪一些步骤 以 增加位置增量。 在 这种补救措施 能稳定 速度评 估的同 时，它也造成在评估 速度时的时间延迟。 为了平衡速度估算中的噪音水平和时间延迟向后的步数必须细心选择。 在 文献 6中，人们通过使用一个每转有 655， 360个脉冲的编码器实验发现 追踪 三步 对于频率为 2500在 文献 5 中，人们建议后向的步骤数应该被 调整 以使之可以适应 各种 速度，还有 人为了速度评估提出了 一段离散时间适应开窗口的方法 。 在 文献 2 中速度 估算 建议 在高斯分配位置取样误差的假设 下使用卡尔曼过滤位置测量方法。 在文献 7 8中 为了使用工厂的全动态方程 人们还引出了 一些非线性的观测 量 。最近， 在文献 9中报道了 一 种 基于模糊逻辑 的速度测量器 ， 并 有实验的检验结果。 另一个 低速运动控制中的关键问题是摩擦补偿，这是这几十年来在包括机器人机械手 在内的机械系统运动控制中的一个重要的研究 课 题 1。 大多数在摩擦补偿上的研究工作被集中于两个主要的问题： 摩擦建模 和控制合成。 在文献 3 中提出了 一 种 动态的态变数摩擦模型，而在文献 4,16 中发展了 若干种基于这种态变数模型适应摩擦补偿的方法。 在 文 献 10 中，一种以分解为基础的 控制 方法被应用于从在 文献 1提 出的著名的摩擦模型中衍生出来的线性化参数的摩擦模型 进而提出 以分解为基础的 摩擦补偿 方法。在这摩擦补偿 方案 中，模拟不确定性摩擦已被划分成为参数的不确定性和非参数的不确定性。 当一个 鲁棒 的补偿装置处理非参数的模拟的不确定性时，一个自适应控制器被设计弥补参数的摩擦模型不确定性。全面的控制器保证了系统误差的统一和根本的有界性。 在文献 10 中报告 计算机仿真 时，实验的 结果是不可用的。 在计算机仿真中，关节的速度我们假定能精确测量。 在现在的工作 中，有人提出了一种简单而有效的方法就是从采样的增量式编码器脉冲序列中估计速度。 以 增量式编码器 采 样数据 的物理特征为基础 ，所提出的速度 估算 方法允许用户调节评估精度和时间延迟。为了评价所提出实验性的方法， 我们使用了 激光动态 校准器来获得直接驱动机器人 关节 处的精确速度，这些然后被用 作 所提到的速度 估算 方法 的参考 。进而， 把 提出的速度评 估 方法应用于所提出的以分解为基础的摩擦补偿方法的实验 中 。 在有显著的关节摩擦前提下使用一个光学增量式编码器的实验结果显示直接驱动机器手在低速下可以精确控制运动。 本文 其余的篇幅被组织如下： 第 二部分描述 所提出的速度评价方法。 第三部分 概述 了 所提出的以分解为基础的摩擦补偿方法。 第四部分陈述了 实验的 装 置和实验比较结果 编码器和发动机的制造商通常会以说明书的形式提供每转的脉冲总数， 码 器 分辨率 是 ，符合时。编码器的输出 对于 一个特定的编码器 来说 速度 估算 的 特性受编码器分辨率的制约 。 最好的速度 估算方法 是将编码器 的 输出充 分 利用。同时，一种好的速度评价方法应该提供一种手段允许用户在精度和时间延迟之间调节折衷。 对于一个 分辨率为 量式编码器，位置 q（ t） 通过采 样 周期 ，而时间 样位置 设 为 如果编码器输出信号脉冲序列 以稳定的周转速度被均匀的黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 3 页 分发，与 有关的位置误差 可 表达为 对于一段时间 和 j k，和相应的位置片断 我们有 因此 鉴于 在时间片断 上 的 平均速度；有 式中 使用抽样数据评 估 v，我们从 式 （ 5） 有 如果我们将速度评 估分辨率 定义为 一旦编码器的 分辨率 固定它将是一个常量 式 (6)将 被重写为 我们从 式 (8)中 能 看出平均速度评 估 的绝对准确 度 能随着向后的步骤 数 然而很有可能相对误差会比实践中的绝对精度更加让人关心。 我们评 估速度 的相对准确 度 被定义为 由于抽样的位置之间的区别能表达为 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 4 页 在 的计算结果是编码器脉冲数介于 和 之间 ， 从 式 （ 9）中，我们有 式 ( 11 )清楚地表明相对准确度 数 定指定的相对准确度 应的 例如，为了把相对精确度限制在 以内， 少 101个脉冲。 对于基于上述分析的评估速度，最后的步骤是确定 符合编码器脉冲数 j。 由于向后的步数 多编码器脉冲将高速产生。在低速下，为了得到相同的脉冲数不得不向后追踪更多步骤，一个简单的检索算法如下图。 （ 1能等同数字 j） 。 然而，应该注意当关节不动或以极限低的速度运动时，向后的步骤数 穷 大。为了 解决 这问题，我们建议 对于 m。 也就 是 。 自然的，这约束同时也限制了相对精确度 如 一旦 能任意小。 基于上述的分析，所提出的速度评价方法被总结如下： 步骤 1： 确定编码器 分辨率 R。 步骤 2： 规定最大相对准确度 步骤 3： 计算满足 式 ( 12 )的相应的脉冲数 步骤 4： 选择最大的向后步骤数 m. 步骤 5： 跟随图中的步骤，确定实时需要的满足 ( 10 )或被最大数 j，然后计算速度评估。 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 5 页 图 如下评论证实所提出的速度 估算 方法的适用性： 评论 有相应 在实时确定的 向后步骤数，适应运动的自动加速。 评论 评论 分析中，增量式编码器脉冲序列假定被平均地分发。 在实践中，因为制造误差，实际的编码器分辨率 ，它 等于一个较低的编码器分辨率。 从理论上讲，既然未减速的低速摩擦是明显有界的，那么一个 鲁棒 的控制器能弥补低速摩擦。然而，为了取得高精确度高 的 反馈是必要的，这总被包括 未 减速的 高阶 动力 及 传感器测量噪音在内的硬件问题限制 。在实践中 鲁棒 控制设计的关键是取得带有最小反馈值的 理想 性能 12 。在 文献 10 中，一种摩擦补偿方案被在 文献 12 14 中发展的以分解为基础的控制设计方法 所 综合。以分解为基础的系统 模型 和控制方法的基本原理是在不同物理类型的不确定参数和变量之间加以区别，考虑每一个具体的物理特性时，为他们中每一个确定一个单独的补偿量。 这种方法提倡用最合适和高效的方法处理每种类型中的不确定因素。包括比例积分微分，鲁棒 ，通用性，和以传感器为基础的控制方法。全面的控制器是 在 这些补偿量的协同和综合中产生的。在所提出的摩擦补偿方案中，都应用了自适应控制和 鲁棒 的控制技术，他们在处理模黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 6 页 型不确定性时是相互补充的。 既然现在工作的重点是摩擦补偿，我们用数学建模考虑一个单关节机械手： 性常量， 分别代表加速，速度和位置。 摩擦相关参数。 摩擦相关参数。 代表 摩擦，和其它摩擦模拟误差 的从属位置 ，而 符号功能被定义为 动态模型被阐明包括干摩擦，静摩擦， 置从属和其它有界干扰。在这模型里，在 文献 1 中讨论的摩擦的记忆和静摩擦增量假定可以忽略。为着重于摩擦补偿，惯性擦模拟参数， B； 没有精确已知，他们不 一定 是衡量。然而，他们名义价值被确定作为 理线 常量。 B， 的名义价值分别地 指定 为 和 。非参数的摩擦 周期 限定为 是一个和位置 和速度 相关的已知常量 。 假定 名义价值接近他们的实际价值，我们在名义参数价值 和 下线性化 通过忽略高阶命令行，得到一个 线性化的 模型 在更紧凑中形式中， 式 ( 16 )可 重写成 式中 同时，参数的模型不确定性 P 被定义为 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 7 页 为了结合变量参数的模型不确定性补偿， P 被分解 为 式中 一个未知的常矢量，而 含被限制如下的可变元素： 控制目标是综合特定的光滑理想轨线 t）进行精确追踪的一种控制 方案 。位置和速度的追踪误差被定义为 进而，一个混合的追踪误差被定义为 式中 是位置常量 对于追踪命令轨线 的控制任务，一种名义控制 被定义为 式中量 a 被定义为 运用以分解为基础的控制设计方法，考虑了常量的不确定因素 和 的一个大的补偿量定义了一个自适应的补偿量。全面的控制法则被综合为 式中补偿量 和 被定义如下 式中 k 是稳态控制增量 式中 对于 ， 和 是正的控制参数 式中 e 是为了能取得较好的追踪结果而被调节的另一个正的控制参数。 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 8 页 在 10 中已证明，追踪误差 以 被一致地限制在 ( 26)(29 )中定义的控制法则内 ，同时，可变参数的不确定性确定了追踪误差的上下限，不确定性参数的稳态部分也同样影响着非参数的不确定性和控制参量。 用一台取样时期为 1 算机控制一台直接驱动机械手来执行所提出的摩擦补偿和速度评价方法实验 。实验装置如图 2 所示 装在每一关节处的直接驱动支流电机促动。实验目 的 ，两个关节之一被固定，另一个被控制以各种各样的速度移动。 马达的光学增量式编码器每转产生 1,024,000 个脉冲 。 测量和 估算 对于实验的评价， 为了使 估算 生效确定所提出的速度 估算 方法的精度是很重要的，为了获得更高的精度一个有说服力的方法是引进一台高精度的客观的速度测量装置。为了这目的，一种激光动态校准器被集成到实验系统中。用定制的接口模块和实时软件，激光校准器提供位置增量的精确测量，这些同时也储存在实验的数据文件中。 有了激光校准器的高精度位置测量，评价速度可以从编码器的输出信号中计算机械 手关节处的角速度。 在实验中，机械手关节被控制在以各种各样的速度移动。 从增量式编码器和激光校准器中的读取位置，还有发动机驱动器中的电子微分器产生的速度信号，储存在数据文件中用 图 实验的结果显示所提出的速度 估算 方法是有效的。 估算出的 速度和从激光动态校准器中计算出的平均速度非常接近。正如所预料的， 估算出的 速度相对从激光校准器上测量的实际速度有一段时间延迟。 高速时时间延迟短 ， 低速时时间延迟长。 在低速的时候电动机驱动器提供的速度没有使用所建议的速度 估 算 方法获得的速度来的准确。在高速时速度评估的结果比的上从在 1样率的电子微分器上得到的结果。 图 3 是使用实验数据进行所提出方法的低速评估结果，和与在电动机驱动器中使用激光动态校准器和电子微分器测量的速度进行的比较。 图 4 显示具体的相对精度是如何影响速度 估算 结果的，如果在 估算 中选择了较高的相对精度，将会有一段较大的时间延迟。 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 9 页 文献 17中的 系统模型参数的名义价值和不确定范围是从基于使用在 文献 18中提到的激光校准器和 文献 14中的类似程序得到的实验数据上 估算 出来的。 估算 的参数如表 1 所 示。 控制目标是取得关节摩擦规线的高精度位置追踪。 理想 的参考规线被选择为 式中 A 是用来改变参考规线的常量。 对于 考位置和速度如图 5 所示。 不确定性范围是 在 实验结果的基础上估 算 出来的。以分解为基础的摩擦补偿方法能直观的调节以取得最好的追踪结果。 控制参数，包括相对速度 估算 准确度 尝试着调节以使在机械手没有出现大的震动 时 取得最好的追踪结果。 表 2 中列出了主要控制参数。图 6 是以分解为基础摩擦补偿方法的位置追踪结果，图 7 是速度 估算 。 从图 7 中 我们可以发现 当机器人关节反转时，实际的速度接近零，因为最大向 后步骤数的限制速度 估算 将会带来较大的误差。 因此位置的追踪误差也会随之增加。 图 7 中出现的速度峰值时产生的相对较大速度 估算 噪音是图 6 中出现的相对较大位置 估算 噪音的直接结果 。 结合所提出的速度 估算 方法和摩擦补偿方案机械手已经可以完成精确运动控制。在实验期间，人们发现速度 估算 对追踪性能有重要的影响。高的反馈扩大了速度测量噪音从而刺激未减速的高阶动力。 本文 提出的速度 估算 方法允许较高的反馈，这反倒导致更精 确的追踪。对于如表 2所列的同样设置的控制参数，如果电子微分器输出或者简单的欧 拉 图 低速运 动。 逼近用于速度测量，机械手将会产生严重的振动。为了不激发高阶动力，我们不得不减少控制增量，而且追踪误差也会增加。 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 10 页 图 4。各种相对精确度规格下的速度评估结果 图 a )和速度 ( b )。 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 11 页 图 6. 位置追踪误差 图 表 1 名义模型参数 表 2 控制参数 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 12 页 速度 估算 是直接驱动机械手精确低速运动控制中的一个关键的因素 。速度 估算 的稳定性和准确性对关节处的摩擦补偿和控制方案的效能有重要的影响。在本文中，提出了 一中 从抽样的增量式编码器脉冲序列中 估算 速度的简单而有效的方法，然后 把这个 应用于一种所提出的以分解为基础摩擦补偿方法的实验调查中。直接驱动机械手的实验结果 证明 可以在 存在显著的关节摩擦 的前提下进行低速的精确运动控制 。 鸣谢 这项研究得到国家科学部门和加拿大工程研究理事会的支持。 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 13 页 参考文献 1 , , . A of of 994;30(7):1083138. 2 R. of of 992 1992. p. 58592. 3 . A of 995;40(3):41925. 4 , , M, . 999;2:12545. 5 , , J. 000;8(6):10039. 6 , W. An of on a 996;4(6):62740. 7 , . of 997;13(2):20417. 8 F, , , . 1 of 4 1995. p. 10113. 9 , . 003;13:22941. 10 . of 002;12(5):75569. 11 . On of 2002. p. 111520. 12 , A. of on 997;13(5):7839. 13 , A. of of 996;15(5):47391. 14 , A. of 996;4(4):38493. 15 , , , . in of 000;147(5):51522. 16 R, A, B, C. of in 994;3(1):7586. 17 , . of 000. p. 259599. 18 . of 2002. 19 , , A. of 河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 14 页 2002. p. 26505. 黄河科技学院 本科毕业设 计 （论文 ） 任务书 工 学院 机械 系 机械设计制造与自动化 专业 2008 级 机电 3 班 学生 毕凯 学号 080105507 指导教师 李安生 毕业设计（论文）题目 二维跟踪太阳光伏 发电装置设计（双摇杆式） 毕业设计（论文） 工作内容与基本要求（目标、任务、途径、方法，应掌握的原始资料（数据）、参考资料（文献）以及 设计技术要求、注意事项等）（纸张不够可加页） 一、工作内容： 主要是 能够实现二维跟踪的跟踪系统整体的结构设计。以方案设计和关键零部件设计为主线，以传动件承载能力校核为训练手段，以经济适用、造型美观、节能先进为目标。本题目源于科研，是结构设计与理论计算相结合的综合性题目。 1. 外文翻译资料一份； 2. 调研报告及开题报告； 3. 结构方案确定； 4. 控制方案及传感器确定 ； 5. 主要零 部件设计计算； 6. 总装图设计 ； 7. 零、部件图设计； 8. 设计计算说明书编制。 二、主要技术参数、指标 以经济适用、造型美观、节能先进为目标。光伏电池板功率 ： 1光电转化率 20 ； 光伏电池板与太阳光线的垂直度 80 。 三、主要参考文献： 机械原理，机械设计，机械设计手册， 光伏发电知识 ，网络。 四、时间安排： 1周 完成开题报告、文献翻译、文献综述及总体方案设计 5 完成总体设计、完成部分机构的装配图及部分零件图并撰写说明书 10 修改论文、资格审查等 13 周 毕业答辩 毕业设计（论文）时间： 2012 年 2 月 13 日至 2012 年 5 月 15 日 计 划 答 辩 时 间 ： 2012 年 5 月 19 日 专业（教研室）审批意见： 审批人 签名： 黄河科技学院 毕业设计（论文）开题报告表 课题名称 二维跟踪太阳光伏发电装置设计（双要摇杆式） 课题来源 教师拟订 课题类型 毕业设计 指导教师 李安生 学生姓名 毕凯 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 080105507 一、 调研资料的准备 根据任务书 的 要求， 在做本课题前， 查阅 了 与课题相关的资料有：机械设计、机械制图 、机械制造工艺学 、 双摇杆机构、太阳能 等 以及与设计 相 关的手册 。 二、设计的目的与要求 本毕业设计课题的主要目的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和专业基本技能分 析和解决实际问题，训练初步工程设计的能力。根据机械设计、制造及其自动化专业的特点，着重地培养以下几方面能力： 1调查研究、中外文献检索、阅读与翻译的能力； 2综合运用基础理论、专业理论和知识分析解决实际问题的能力； 3查阅和使用专业设计手册的能力； 4设计、计算与绘图的能力，包括使用计算机进行绘图的能力； 5撰写设计说明书（论文）的能力。 三、 设计的 思路与预期成果 1、设计思路 设计太阳能产业生产二维跟踪装置大体上可分为两个阶段： 统分析阶段 1、根据系统的目标，明确 所采用二维跟踪装置的目的和任务。 2、分析二维跟踪装置所在系统的工作环境。 3、根据二维跟踪装置的工作要求，确定太阳能产业生产二维跟踪装置的基本功能和方案。如二维跟踪装置的自由度、所能承载的重量、容许的运动范围、以及对温度等环境的适应性。 术设计阶段 1、根据系统的要求选择二维跟踪装置的结构形式 2、拟订二维跟踪装置的作业方式。 3、确定驱动系统的类型。 4、计算动力元件的功率及校核受力件的承载能力。 5、选择个部件的具体集体够，进行 二维跟踪装置总装图的设计。 6、绘制二维跟踪装置的零件图，并确定尺寸。 2、预期的成果 （ 1） 完成文献综述一篇，不少与 3000 字，与专业相关的英文翻译一篇，不少于 3000 字 （ 2） 完成内容与字数都不少于规定量的毕业设计说明书一份 （ 3） 绘制装配图，部分零件图 （ 4） 刻录包含本次设计的所有内容的光盘一张 四、任务完成的阶段内容及时间安排 1 周 2 周 收集设计资料并完成开题报告 3 周 4 周 完成英文资料翻译并写出文献综述 5 周 6 周 进行总体 设计 和 部分零部件的选择与设计 7 周 10 周 绘制装配图和部分 零件图 、编写毕业设计说明书 11 周 修改整理，准备答辩 五、完成设计（论文）所具备的条件因素 本人已 修完机械设计、机械制图、机械设计、机械原理、理论力学、材料力学 与毕业设计指导 等课程，借助 图书馆的相 关文献资料 ，以及相关的网络等资源。 指导教师签名： 日期： 课题来源： （ 1）教师拟订；（ 2）学生建议；（ 3）企业和社会征集； （ 4）科研单位提供 课题类型：（ 1） A 工程设计（艺术设计）； B 技术开发； C 软件工程； D 理论研究； E 调研报告 （ 2） X 真实课题； Y 模拟课题； Z 虚拟课题 要求（ 1）、（ 2）均要填，如 。 毕业设计 文献综述 院（系）名称 工学院机械系 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 毕凯 指导教师 李安生 2012 年 04 月 10 日 黄河科技学院毕业设计 （ 文献综述 ） 第 1 页 二维跟踪太阳光伏发电装置设计（双摇杆式） 摘要 ： 在 太阳能产业 上， 二维跟踪装置 有着 独到的作用， 本文主要针对 太阳能产业 太阳能电池板 的 太阳能追踪 设计了 二维跟踪装置 ，实现 跟踪 的自动化。 增加 了 太阳能利用率 。 该 太阳能产业生 产二维跟踪装置 实现了 自动追踪、复位等功能并实现了高效率太阳能转化的目的 。为了现实这些动作，采用部件设计，分别实现这些动作。 控制系统 把各个部件的独立运动 协调起来 ，形成了一个有规则运动 系统。各个部件的联接，先 造出一个合格的机械本体，把各个部件安装在机械本体上，形成一个机器。 关键词 ： 太阳能 ； 接近开关 ； 步进电机 。 前言 太阳能（ 一般是指 太阳光 的辐射能 量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。 太阳能发电 一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。 太阳能 能源 是来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过 光合作用 把太阳能转变成 化学能 在植物体内 贮存下来。 煤炭 、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代 形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、 风能 、等也都是由 太阳能转换 来的。 地球本身蕴藏的能量 通常指与地球内部的 热能 有关的能源和与 原子核 反应有关的能源。 原子核反应有关的能源正是核能。原子核的结构发生变化时能释放出大量的能量，称为 原子核能 ，简称 核能 ，俗称原子能。它则来自于地壳中储存的 铀 、 钚 等发生裂变反应时的核裂变能资源，以及海洋中贮藏的 氘 、 氚 、 锂 等发生聚变反应时的核聚变能资源。 黄河科技学院毕业设计 （ 文献综述 ） 第 2 页 这些物质在发生原子核反应时释放出能量。目前核能最大的用途是发电。此外，还可以用作其它类型的动力源、热源等。 全世界的潮汐能折合成煤约为每年 30 亿吨，而实际可用的只是浅海区那一部分，每年约可折合为 6000 万吨煤。 太阳能利用基本方式可以分为如下 4 大类。 太阳能是氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量，太阳能是人类能源的宝库，如化石能源、地球 上的风能、生物质能都来源于太阳。太阳能的利用 间接利用太阳能： 化石能源 （光能 生物质能 （光能 直接利用太阳能： 集热器 （有平板型集热器、聚光式集热器）（光能 阳能电池：（光能 般应用在人造卫星、宇宙飞船、打火机、手表等方面。 中材联建建材技术研究中心是中国民用太阳能发电的首家科研单位，该单位已经掌握了太阳能发电的核心技术，爱迪阳光万用太阳能是其最新研发的节能型产品。 据有关部门统计表面，太阳能的利用还不是很普及，利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题，但是 太阳能电池 在为人造卫星提供能源方面得到了应用。太阳能是 太阳内部 或者表面的黑子连续不断的 核聚变 反应过程产生的能量。地球轨 道上的平均 太阳辐射 强度为 1369w/。地球赤道的周长为 40000而可计算出，地球获得的能量可达 173000海平面上的标准峰值强度为 1kw/球表面某一点 24h 的年平均辐射强度为 ，相当于有 102000能量，人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外），虽然 太阳能资源 总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，但太阳能的 能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。 尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总 辐射能量 的 22 亿分之一，但已高达 173,000就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于 500 万吨煤，每秒照射到地球的能量则为 49940000000 焦。地球上的风能、 水能 、 海洋温差能 、 波浪能 和生物质能以及部分潮汐能 都是来源于太阳；即使是地球上的 化石燃料 （如煤 、 石油 、 天然气 等）从根本上说也是远古以来贮存下 黄河科技学院毕业设计 （ 文献综述 ） 第 3 页 来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于 太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。 太阳能既是 一次能源 ，又是 可再生能源 。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节 约能源减少污染的时代。 太阳能分类 太阳能光伏 光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以 半导体 物料（例如硅）制成的固体 光伏电池 组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表以及 计算机 提供能源，较复杂的 光伏系统 可为房屋提供照明 ，并入电网供电。光伏板 组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产 生更多 电能 。近年， 天台 及建筑物表面均可使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。 据调研显示由于产能过剩导致全球 5 大制造商利润缩水， 2012 年光伏组件安装量将有所减少，这是 10 余年来首次出 现下降。据彭博 6 位分析师的平均预测全球家庭与商业机构将安装 光伏组件。这相当于约 20 座核反应堆的发电量，但与去年新增 光伏装机量相比下降 10%。据彭博新能源财经估计，自 1999 年以来年均安装量已增长 61%。 据彭博新能源财经预计，今年光伏组件产能将跃居 38需求量平均预测高出53 个百分点。这家位于伦敦的研究机构预计今年安装量将下滑至 产能过剩使最大的光伏制造商拥有高达 30%利润率的日子消失殆尽。天合光能 2 月23 日表示其 2011 年四季度毛利率为 较一年前 下跌 31%。尚德也表示其四季度毛利率已从 17%跌至 今年中国光伏装机量有望实现翻番，并消化富余产量。尚德与天合光能 1 月表示，今年中国将新增 4 至 5装机量，而 2011 年为 中国第三大组件制造商天合光能预计今年出货量将增至 幅达 39%。英利绿色能源控股有限公司预计今年出货量将高达 2011 年增长 56%。尚德电力昨日表示，出货量可能将达到 幅达 19%。 太阳热能 黄河科技学院毕业设计 （ 文献综述 ） 第 4 页 现代的 太阳热能 科技将阳光聚合，并运用其能量产生 热水 、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。 光伏电池是太阳能光伏发电系统中基本核心部件，它的大规模应用需要解决两大难题：一是提高光电转换效率；二是降低生产成本。以硅片为基础的第一代光伏电池，其技术虽已经发展成熟，但高昂的材料成本在全部生产成本中占据主导地位，不仅消耗了过多硅材料，而且制作全过程中要消耗很多能源。基于薄膜技术的第二代光伏电池中，很薄的光电材料被铺在非硅材料的衬底上，大大减少了半导体材料的消耗，并且易于形成批量自动化生产，从而大大降低了光伏电池的成本。国际上已经开发出电池效率在15 以上、组件效率 10 以上和系统效率 8 以上、使用寿命超过 15年的薄膜电池工业化产技术 6J。第三代高转换效率的薄膜光伏电池 通过减少非光能耗，增加光子有效利用以及减少光伏电池内阻，使得光伏转换效率的上限有望获得新的提升 7J。另外，多晶硅光伏电池比单晶硅光伏电池的材料成本低，是世界各国竞相开发的重点。目前它的研究热点包括：开发多晶硅生产技术，开发快速掺杂和表面处理技术，提高硅片质量，研究连续和快速的布线工艺，多晶硅电池表面织构化技术和薄片化，高效率电池工艺技术等。非晶硅电池仍处在发展之中，每年的新增产量在 1上。化合物太阳电池 (如铜铟镓硒等 )正以其转换效率高、成本低、弱光性好及寿命长等优点成为新一代光伏电池的发展方向。 全球太阳电池年产量正在迅速增长， 2004年的增长率超过 60，根据最近发表的统计数字， 2005年的增长率为 44，太阳电池年产量达到 1656中日本的产量仍为世界第一，占世界总产量 46，欧洲占世界总产量 28。 2005年全球安装太阳电池组件1460前一年增长了 34。其中德国安装了 838前一年增长了 53， 占世界安装量的 57；日本安装了 292前一年增长了 14。到 2005年年末，全球累计安装太阳电池组件容量比前一年增长了 39，达到了 52005年兴建新的太阳电池制造 厂的投资超过了 10亿美元目前世界太阳电池生产量仍旧是日本第一，推广应用太阳能光伏发电系统却是德国领先。日本新能源和工业技术发展组织 ( 2004年 6月发表的“面向 2030年光伏路线图的概述” 中提出： 到 2030年累计安装太阳电池组件容量要达到 1 000时日本所有住宅所消费的电力中将有 50 由太阳能光伏发电提 黄河科技学院毕业设计 （ 文献综述 ） 第 5 页 供，大约占全部电力供应的 10。 2002年 5月欧洲光伏工业协会发表的报告“工业需要及路线图”预计： 2010年前太阳能发电市场平均年增长率为 2
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