【电气工程及其自动化】基于plc的单轴太阳能电池板自动跟踪系统的设计

本科生毕业论文（设计）基于PLC的单轴太阳能电池板自动跟踪系统的设计二级学院信息科学与技术学院专业电气工程及其自动完成日期2015年5月25日A基础理论B应用研究C调查报告D其他目录1绪论111太阳能跟踪的背景及意义112太阳能跟踪控制器研究现状及发展趋势113控制方式的选择2131太阳能自动跟踪系统的主要要求2132主控系统选择314整体方案设计52太阳能定位追踪系统的硬件设计621核心控制器6211输入输出点分配8212I/O接线图822运动模块8221步进电机的特性822242BYGH永磁感应式步进电机9223步进电机的控制方式102231步进电机的传统控制方式102232步进电机的PLC控制11224SH2024A步进电机驱动器1223传感器模块13231光敏电阻器的选择1424按钮控制模块1525电源模块153太阳能跟踪控制器软件设计1631编程平台1632系统软件的设计1733PID算法1734增量式PID算法程序控制流程图204监控系统215调试2151系统整体连接2152系统调试和调试结果22521系统调试准备工作23522系统调试过程236结论与展望23参考文献25附录太阳运动单轴跟踪系统程序26致谢基于PLC的单轴太阳能电池板自动跟踪系统的设计摘要本设计以S7200为核心控制器，通过将成90度夹角为两个光电传感器模块采集到的信号经过比较电路以及A/D,作为控制器的输入模拟量，由控制器软件编程相减后作为过程量经PID分析处理数据并以可调脉冲的形式输出至步进电机驱动，以此来控制电机的转动使两光照模拟量相等，从而实现对太阳能的定位跟踪。关键词S7200；光电传感器；PID步进电机THEAUTOTRACKINGSYSTEMOFSINGLESOLARPANELSBASEDONPLCABSTRACTTHISDESIGNUSESS7200ASTHECORECONTROLLER,THROUGHTHE90DEGREEANGLEFORTWOPHOTOELECTRICSENSORMODULETOCOLLECTTHESIGNALTHROUGHTHECOMPARISONCIRCUITANDA/D,ASTHECONTROLLERINPUTANALOG,BYTHECONTROLLERSOFTWAREPROGRAMMINGAFTERSUBTRACTINGASPROCESSBYTHEPIDANALYSISDATAPROCESSINGANDTHEADJUSTABLEPULSEOUTPUTTOSTEPMOTORDRIVER,INORDERTOCONTROLTHEMOTORSROTATIONSOTHATTHETWOLIGHTACCORDINGTOTHESIMULATIONISEQUALTOTHEAMOUNT,INORDERTOACHIEVETHEPOSITIONINGOFTHESOLARTRACKINGKEYWORDSS7200PHOTOELECTRICSENSORPIDSTEPPINGMOTOR1绪论11太阳能跟踪的背景及意义能源短缺问题是目前许多国家面临的重要问题，太阳能作为一种清洁无污染的能源，有着巨大的开发前景。我国是一个太阳能资源较为丰富的国家，充分利用太阳能资源，有着深远的能源战略意义。利用太阳能的关键之一，其实最好是提高转换效率是提高太阳能电池板采集太阳能的效率，太阳能电池板接受太阳光的直射，由此得到太阳最大光照强度，从而最大限度的采集太阳能。目前太阳能电池板普遍采用半自动单轴跟踪方式和电池板固定朝南安装的方式。这些方法存在的缺点是转换效率较低、跟踪适应能力弱、跟踪精度低。因此太阳能电池板如能配合基于单片机的太阳能跟踪控制器的设计，该系统能够跟踪太阳的实时位置，精度高，适应性强，有望在光伏发电中使用。12太阳能跟踪控制器研究现状及发展趋势目前国内外跟踪太阳能的方法有很多，但不外乎采用这两种方式光电跟踪和通过对日运动轨迹的分析计算得到的预计太阳运动轨迹跟踪前者是闭环的随机系统，后者是开环的程控系统。1光电跟踪目前，国内常用的光电跟踪有重力式，电磁式和电动式，这些光电跟踪装置都使用光敏传感器如硅光电管。在这些装置中，光电管的安装靠近遮光板，调整遮光板的位置使遮光板对准太阳，硅电池处于阴影区，当太阳西移时遮光板的阴影偏移，光电管受到阳关直射输出一定值的微电流。作为偏差信号，经放大电路放大，由伺服电机调整角度使跟踪装置对准太阳完成跟踪。光电跟踪灵敏度高，但结构设计较为方便。但受天气的影响较大，如果在稍长时间段里出现乌云遮住太阳的情况，太阳光线往往不能照到光电管上，导致跟踪装置无法对准太阳，甚至引起执行结构的误动作。2视日运动轨迹跟踪根据跟踪系数的轴数，视日运动轨迹系统可分为单轴和双轴两种。视日运动跟踪原理计算机现根据天文学中太阳运行规律的公式计算出一天内某时刻太阳高度角和方位角的理论值，然后运行控制程序调整定日镜装置的高度和方位角，完成对太阳能的实时跟踪。此类跟踪控制的优点是控制简单，不受天气影响，可靠性强。缺点是在计算太阳角度的过程中会产生累积误差，而且其自身无法消除，需要定期校正，跟踪精度不是很高，导致太阳能的利用率不高。1单轴跟踪单轴跟踪一般采用1倾斜布置东西跟踪；2焦线南北水平布置，东西跟踪；3焦线东西水平态置，南北跟踪。这三种都是单轴转动的南北向或东西向跟踪，工作原理相似。采用这种跟踪方式，一天之中只有正午时刻太阳光与光采集面垂直，此时热量最大；而在早上或下午太阳光线都是斜射。单轴跟踪的优点是结构简单，但是由于入射光线不能始终与主光轴平行，收集太阳能的效果并不理想。2双轴跟踪如果能能够在太阳高度和赤纬角的变化上都能够跟踪太阳就可以获得最大的太阳能，全跟踪即双轴跟踪就是根据这样的要求设计的。极轴式全跟踪是一种双轴跟踪方式。极轴式全跟踪原理如下图所示，聚光镜的一轴指向天球北极，即与地球自转轴相平行，故称为极轴；另一轴与极轴垂直，称为赤纬轴。工作时反射镜面绕极轴运转，其转速的设定与地球自转角速度大小相同方向方向相反用以跟踪太阳的视日运动；反射镜围绕赤纬轴作仰俯运动是为了适应赤纬角的变化。通常根据季节的变化定期调整。这种跟踪方式并不复杂，但在结构上反射镜的重量不通过极轴线，极轴支撑装置的设计比较困难。见图1图1极轴式全跟踪13控制方式的选择131太阳能自动跟踪系统的主要要求太阳能自动跟踪系统编程简单，要求控制系统要求控制系统实现顺序动作控制、速度控制适当、定位控制精准、及安全互锁控制。操作简单、迅速，使用方便，安全可靠，维护量小，使用操作简单，这是太阳能自动跟踪系统的基本特点。太阳能自动跟踪系统主要有以下几个方面的要求1、自动操作定位时，按钮操作，只要按动启动按钮，控制系统会根据太阳的位置来自动调整太阳板的转动。2、定位控制精准为了达到提高太阳能电池板采集太阳能的效率，太阳能电池板接受太阳光的直射，系统需要精准定位太阳。3、高速、平稳自动跟踪时，为了尽快定位追踪，要求传动装置以高速度运行，同时，要求传动装置具有自动加、减速功能，以保证安全、低噪声与平稳起动和制动。132主控系统选择实现太阳能定位跟踪基本上采用的是单片机、微机还有PLC这三种核心控制器。PLC是综合了继电器接触器控制的优点以及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展起来的，这就是PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。（1）稳定可靠，抗干扰能力强PLC是专门为工业环境下应用而设计的，因此人们在设计PLC时，从硬件和软件上都釆取了抗干扰的措施，提高了其可靠性。对于硬件措施，PLC的电源变压器、内部CPU、编程器等主要部件采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界的电磁干扰；输入输出线路采用了多种形式的滤波，以消除或抑制高频干扰；内部的微处理器和输入输出电路之间，采用了光电隔离措施，有效地隔离了输入输出间电的联系，减少了故障和误动作；采用模块式结构，有助于在故障情况下短时修复，一旦査出某一模块出现故障，就能迅速更换，使系统恢复正常工作。对于软件措施，PLC设计了故障检测软件定期地检测外界坏境。如掉电、欠电压、强干扰信号等，以便及时进行处理；信息保护和恢复软件使PLC偶发性故障条件出现时，将PLC内部信息进行保护，不遭破坏。一旦故障条件消失，恢复原来的信息，使之正常工作。如果PLC程序每次循环执行时间超过了WDT规定的时间，预示程序进入死循环，立即报警。对程序进行检查和检验，如程序有错，立即报警，并停止执行，这样可使一般PLC的平均无故障时间达到几万小时以上。（2）通用性强，使用方便PLC产品已经系列化和模块化，PLC的开发制造商为用户提供了品种齐全的I/O模块和配套部件。用户在进行控制系统的设计时，不需要自己设计和制作硬件装置，只需要根据控制要求进行模块的配置。用户所做的工作只是设计满足控制对象的控制要求的应用程序。对于一个控制系统，当控制要求改变时，只需修改程序，就能变更控制功能。（3）采用模块化结构，使系统组合灵活方便PLC的各个部件，均采用模块化设计、各模块之间可由机架和电缆连接。系统的功能和规模可据用户的实际需求自行组合，使系统的性能价格更容易趋于合理。（4）编程语言简单、易学，便于掌握PLC是由继电器接触器控制系统发展而来的一种新型的工业自动化控制装置。其主要的使用对象是广大的电气技术人员。PLC的开发制造商为了便于工程技术人员方便学习和掌握PLC的编程，釆取了与继电器接触器控制原理相似的梯形图语言，易学、易懂。（5）系统设计周期短由于系统硬件的设计任务仅仅是根据对象的控制要求配置适当的模块，而不要去设计具体的接口电路，这样大大缩短了整个设计所花费的时间，加快了整个工作的进程。（6）对生产工艺改变适应性强PLC的核心部件是微处理器，它实质上是一种工业控制计算机，其控制功能是通过软件编程来实现的。当生产工艺发生变化时，不必改变PLC硬件设备，只需改变PLC中的程序。这对现代化的小批量、多品种产品的生产尤其适合。（7）安裝简单、调试方便、维护工作量小PLC控制系统的安装接线工作量比继电器接触器控制系统少得多，只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连。PLC软件设计和调试大多可在实验室里进行，用模拟实验开关代替输入信号，其输出状态可以观察PLC上的相应发光二极管，也可以另接输出模拟实验板。模拟调试好后，再将PLC控制系统安装到现场，进行联机调试，这样既省时间又很方便。由于PLC木身的对靠性高，又有完善的自诊断能力，一旦发生故障，可以根据报警信息，迅速査明原因。如果是PLC本身，则可用更换模块的方法排除故障。这样提高了维护的工作效率，保证了生产的正常进行。可编程控制器（PLC）作为本设计中控制系统的控制方式，能够更好的满足设计要求，达到设计的目的。14整体方案设计本设计采用PLC为核心控制器，以夹角为90度两个光敏传感器的光电跟踪为跟踪方式的单轴太阳能自动定位追踪系统，采用PID算法以及步进电机为主要机械硬件设备，即是通过将两个光电传感器采集到的信号经过比较电路以及A/D,为控制器的两个输入模拟量，由控制器软件计算出差值经PID分析处理数据并以适当可调脉冲的形式输出至步进电机驱动，以此来控制电机的转动使两光照模拟量相等，从而实现对太阳能的定位跟踪。由于采取PID算法以及步进电机的使用，可以在光电追踪方式多云时，高速平稳定位到太阳光照最强的地方以及解决视日轨迹追踪方式的精度不高的问题。图2太阳跟踪系统基本原理图2太阳能定位追踪系统的硬件设计图3整体硬件设计方案1、按钮模块对系统的启动、停止以及手动复位的控制；2、监控模块基于组态王的系统运动的监控；3、驱动模块对步进电机驱动控制；4、电机模块以步进电机为主要硬件设备的机械运动硬件；5、传感器模块两个成90度夹角的光敏传感器模块为核心，分别接受太阳光强弱来产生相对应的电压，以此来给控制器模拟信号；21核心控制器西门子S7200系列CPU224XPDC/DC/DC作为核心控制元件，下面来介绍下西门子S7200系列CPU224XPDC/DC/DC以及选择依据。S7200系列PLC具有紧凑的结构，灵活的配置和强大的指令集，用户程序包括位逻辑，计数器，定时器，复杂的数学运算以及其他智能模块的通讯等指令内容，从而S7200能够监视输入状态，改变输出状态达到控制的目的。在本次设计中，需用到一个高速脉冲点，两个输入点以及两个输出点，两个电压型模拟量输入点，针对此点，西门子S7200系列CPU224XPDC/DC/DC完全可以满足设计需要而且相对于其他系列PLC的性价比高得多，而且剩下的10个输入点以及六个输出点可用与增加其他功能，例如系统启动显示灯，停止显示灯，电机锁定显示灯等功能。另外，选用S7200主要考虑其不但能用于独立太阳能设备的跟踪系统控制，比如满足边疆地区牧民夜晚用电的需求，而且特别对串并联的大型光伏太阳能阵列的跟踪系统控制，能发挥PLC现场总线的优势，进行集中控制。因此选用此款PLC可编程控制器。S7200CPU224主要的特点1数字输入/数字输出14/102PID控制器32个RS485信/编程模块416K用户程序在线编程5两个高速脉冲输出端211输入输出点分配该系统占用PLC8个I/O口，3个输入点3个输出点，2个模拟量输入点，具体I/O分配如下（1）输入分配表如表表1输入分配表输入输入设备I00启动开关I01停止开关I02手动复位开关B光敏电阻电压模拟块1A光敏电阻电压模拟块2（2）输出分配表如表2所示。表2输出分配表输出输出设备Q00步进电机驱动器脉冲端（高速脉冲端）Q01步进电机驱动器使能端Q02步进电机驱动器方向端212I/O接线图图4I/O接线图22运动模块本设计系统的执行结构是一台步进电机基于PLC的单轴机械运动机构。221步进电机的特性L步距角和静态步距误差步进电机的步距角A是决定开环伺服系统脉冲当量的重要参数，数控机床中常见的反应式步进电机的步距角一般为05、3，一般情况下，步距角越小，加工精度越高，静态步距误差指理论的步距角和实际的步距角之差，以分表示，一般在10以内。步距误差主要由步进电机齿距角制造误差、定子和转子间气隙不均匀、各相电磁转矩不均匀等因素造成的，步距误差直接影响工作的加工精度以及步进电机的动态特性。2动频率FQ空载时，步进电机由静止突然启动，并进人不丢步的正常运行所允许的最高频率，称为启动频率或突跳频率用FQ表示，若启动频率大于突跳频率，步进电机就不能正常启动，FQ与负载惯量有关，一般说来随着负载惯量的增长而下降。空载启动时，步进电机定子绕组通电状态变化的频率不能高于突跳频率。3连续运行的最高工作频率FMAX，步进电机连续运行时，它所能接受的，即保证不丢步运行的极限频率FMAX称为最高工作频率。它是决定定子绕组通电状态最高变化频率的参数，它决定了步进电机的最高转速。其值大于FQ，并且随着负载的性质和大小而异，与驱动电源也有很大的关系。4加减速特性步进电机的加减速特性是描述步进电机由静止到工作频率和由工作频率到静止的加减速过程中，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。当要求步进电机启动到大于突跳频率的工作频而停止时，变化速度必须逐渐下降。逐渐上升和逐渐下降的加速时间、减速不能过小，否则会出现失步或超步。我们用加速时间常数来描述步进电机的升速和降速特性1见图5。图5加减速特性曲线（5）矩频特性与动态转矩。矩频特性MF（F），图6是描述转矩频率关系的曲线，该特性曲线上每一个频率对应的转矩称为动态转矩。可见，同态转矩随连续频率的上升或下降。图6转矩频率特性曲线上述步进电机主要特性除第一项外，其余均与电源有很大关系，驱动电源性能好，步进电机的特性可能得到很到的改善。22242BYGH永磁感应式步进电机图742BYGH永磁感应式步进电机本设计系统中，我们选择的步进电机如图2222所示。电机型号为42BYGH102，这款步进电机的驱动电压12V，相电流为05A,步进角为09度，相数为2。该步进电机有4根引线，排列次序如下1红色A、2白色A、3绿色B、4黑色B。接线图如图8图842BYG步进电机接线图在本系统中设计，42BYGH永磁感应式步进电机是其SH2024A步进电机驱动器配合下使用的，所以其实际步距角是由其驱动器决定的，下面介绍SH2024A步进电机驱动器。223步进电机的控制方式2231步进电机的传统控制方式传统的步进电机控制方式如框图如图9所示。由控制器产生控制指令,环形分配器根据指令将输入的单一脉冲串,按工作方式和转向分别依次向连接到步进电机各相绕组的功率放大器分配脉冲,以便形成旋转磁场2。图9步进电机的传统控制方式这种方式的各部分硬件的设计、选型、接口匹配往往要花费设计者很大的精力和劳动。接口信号的匹配以及元器件的质量等对整个系统的可靠性影响很大。2232步进电机的PLC控制本设计系统中，采用PLC为核心控制器，在优秀的驱动器SH2024A驱动下控制步进电机图10行机构电气连接图简单易行，可靠稳定。本系统执行器部分电气接线图如图10现代控制系统中,PLC作为广泛应用于工业自动化领域的控制器,它的功能越来越强,性能越来越先进。PLC具有实时刷新技术,输出信号的频率可以达到数千赫兹或更高,使得脉冲分配能有很高的分配速度,充分利用步进电机的速度响应能力,提高整个系统的快速性。考虑到系统响应的及时性、可靠性和使用寿命,PLC应选择晶体管输出型SH2024A步进电机驱动器是二相混合式步进电机驱动器，该驱动器工作电压范围宽、效率高，相电流可调，为步进电机的控制提供了很大的方便。步进电机驱动器细分数一般可选择1、5、10、25细分,以避开电机的共振频率3。编制PLC控制程序时将传动系统的脉冲当量、反向间隙、步进电机的细分数定义为参数变量,以便现场调整。224SH2024A步进电机驱动器SH2024A步进电机驱动器是二相混合式步进电机驱动器，该驱动器具有工作电压范围宽、效率高，相电流可调的特点，相电流设定从05A2A。图11SH2024A步进电机驱动器面板图12SH2024A步进电机驱动器面板端子介绍其中OPTO端需接外部系统的VCC（控制系统）。若VCC为5V，则可直接接，若VCC大于5V，则使用到的CP、DIR、FREE端子分别外接限流电阻，保证给内部光耦提供815MA的驱动电流。输入电源接口采用一组直流供电，电压值为1536V，电流2A。VCC接正极，GND接负极。电压不能超出此范围，否则会出现故障。23传感器模块图12为传感器组成方块图、此图也说明了传感器的基本组成和工作原理。图13传感器组成方块图传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节，如果没有传感器对原始信息进行精确、可靠的捕获和转换，那么，一切测量和控制都将变得异常困难。231光敏电阻器的选择光传感器主要是指把光信号转变为电信号的光电转变器件。大致分为四类利用光电发射效应工作的光传感器，其典型器件是光电管和光电被增管利用光电导效应工作的光传感器，其典型器件是CDS光敏电阻器是目前使用最多的光电效应类型的光传感器，如光敏二极管、光敏三极管、光控晶闸管。CCD（电荷耦合器件）二维固体图像传感器忠的光电部分也是这种光电效应型。这些都是用于光检测的。还有一种用作电源的具体整流光电效应器件光电池。用于检测红外线的光电的热释电效应型光电传感器。本设计光敏电阻的具体要求，选择暗阻、亮阻合适的光敏电阻，一般选择暗电阻大的光敏电阻器，并暗阻和亮阻相差越大越好。当将光敏电阻接入电路后受到光照时和不受光照时，电路的反应（动作）的灵敏度要符合电路的要求，选用的光敏电阻的额定功率要大于它在电路中实际消耗的功率（流过亮阻的电流与其两端的电压的乘积）。本设计中，输出电压在010V,根据计算，其最大电阻在10千欧，选择3系列的GL3516，其光电感应器的连接如图14示。图14电感应器的连接24按钮控制模块按钮控制模块的启动控制开关，停止控制开关，手动复位控制开关均采用西门子系列的点动开关LA39A1，参数为开孔22MM，DCAC24V；图15该点动开关。图15门子系列的点动开关LA39A125电源模块电源采用开关电源S5024，参数为电压24V，电流2A功率为50W。图16开关电源S50243太阳能跟踪控制器软件设计31编程平台S7200的编程软件是STEP7MICRO/WIN系列，用于PLC的程序编辑，支持3种编辑模式LAD（梯形图）、FBD（功能模块）和STL（语句表），主要完成如下工作。STEP7MICRO/WIN编程软件式基于WINDOWS的应用软件，由西门子公司专为S7200系列可编程控制器设计开发。它功能强大，主要为用户开发控制程序所使用，同时也可以实时监控用户程序的执行状态，是西门子S7200PLC用户必不可少的开发工具。STEP7MICRO/WIN的基本功能是协助用户完成开发应用软件的任务，例如创建用户程序、修改和编辑原有的用户程序，编程过程中编辑器具有简单语法检查功能。同时它还有一些工具性的功能，例如用户程序的文档管理和加密等，此外，还可直接用软件设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。S7200系列PLC指令有三种表达形式，即梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图（FBD）。在实际应用中，一般采用梯形图编写PLC程序，采用梯形图编写程序能照顾到现场电气工作人员的技能与习惯，且使其用户程序编制形象、直观、方便易学，调试和差错也很方便。本设计中，我们用STEP7MICRO/WINSP9软件编程平台，以梯形图式编写PLC程序。32系统软件的设计控制跟踪系统的运动，控制逻辑思路如下图17图17设计思路流程图33PID算法PID控制是一种线性控制算法，根据给定与实际值构成控制偏差，将偏差的比例、积分和微分通过线性组合达到控制目标。比例控制可以提高系统的动态响应速度，积分控制可以消除系统的稳态误差，微分控制可以减小调节时间和超调量。PID算法分为位置型和增量型，位置型PID需要用到各采样时刻的偏差值，计算复杂，且需要占用内存。而增量型PID有误动作小、易于实现手动/自动的无扰切换位置型算法中，当由手动切换到自动时，首先需要保证控制器的输出等于实际的控制量增量型算式只给出偏差，而与原来位置无关、不产生积分失控，容易获得良好的调节品质等优点，所以对三相逆变脉冲触发电路采用增量型PID算法可以更好的提升系统的实时控制。在控制系统中最常用的控制规律是PID控制，它是一种线性控制器，根据给定与实际值构成控制偏差，将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制器。其控制框图如图17所示图18连续系统PID控制框图在PID控制中，P指比例PROPORTINAL，I指积分INTEGRAL，D指微分DERIVATIVE，各校正环节的作用如下比例环节即时成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数，越大，积分作用越弱，反之则越强。微分作用能反映偏差信号的变化速率，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间15。在计算机控制系统中，使用的是数字PID控制器，数字PID算法通常又分为位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。位置式PID控制算法这种算法以连续系统的PID控制规律为基础，然后将其数字化，写成差分方程。PID控制的微分方程可表示为UTKPET1TDI01TDETE式中，KP比例系数TI积分时间常数TD微分时间常数由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。因此式1中的积分和微分项不能直接使用，需要进行离散化处理。令UTUK2ETEK34T0ED0TKJE5T1其中，T为采样周期，在离散化过程中，T必须足够短，才能保证有足够的精度。将式5和（4）代入式1，可得离散的PID表达式为PD0I1UKKTKJEKE6PI0KKJ式中，KI积分时间常数，KIKPT/TIKD微分时间常数，KDKPTD/T。由于计算机输出的UK直接控制执行机构的位置，因此成为位置式PID控制算法。这种算法的缺点是，由于采用全量输出，每次输出均与过去的状态有关，计算时需要对EK进行累加，计算机的工作量大，并且如果计算机出现故障，容易引起。UK的大幅度变化，这是生产中所不允许的。增量式PID控制算法增量式PID是对位置式PID取增量，数字调节器的输出只是增量UK。根据递推原理可得71PID0UK1KK12KJEEKE则式（7）减去（6）得到增量式PID控制算法为8PID1EK212UKEKEK为了编程方便，将其整理为如下形式9012UKQEKQEK式中Q0KP1T/TITD/T，Q1KP12TD/T，Q2KPTD/T利用增量式控制算法，可以方便地得出位置式控制算法，即1001211UKUKQEKQEK增量式算法与位置式算法相比，具有以下优点1增量式算法不需要做累加，控制量增量的确定仅与最近几次误差采样值有关，计算误差或计算精度的问题，对控制量的计算影响较小。2增量式算法得到的是控制量的增量，误动作影响小，必要时通过逻辑判断限制或禁止本次输出，不会严重影响系统的工作。3采用增量式算法，易于实现手动到自动的无冲击切换4。331增量式PID算法程序流程PID控制是一种线性控制算法，根据给定与实际值构成控制偏差，将偏差的比例、积分和微分通过线性组合达到控制目标。比例控制可以提高系统的动态响应速度，积分控制可以消除系统的稳态误差，微分控制可以减小调节时间和超调量。对三相交流调压脉冲触发电路采用的增量式PID控制算法可以更好的提升系统的实时控制，其流程图如图19所示5图19数字PID流程图4监控系统本设计利用了组态王这一软件来制作监控系统。41组态王介绍组态王是一种监控软件，可以为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的软件工具，在工业领域上应用广泛，它具有基本人机界面功能，可以通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视控制和管理。所以，借助组态王这一开发平台，可以制作出显示存储在PLC内存的太阳跟踪系统的设置，如前向和反向运动显示，两光敏电阻采光电压，以及对系统的启动和停止，时间记录等；图20系统控制和监控画面5调试本设计系统的软硬件部分，均涉及到较多的功能模块，先对各个模块进行单一设计、制作和调试，实现其功能后，再组装进行整体调试，以验证完成设计所要求的各项指标。本文的重点在控制系统的软件编程，硬件部分的主要作用在于支持和配合软件以实现各项设计功能。51系统整体连接本部分主要把已经调试好的各个功能模块进行组装连接，以进行最终的调试和测试结果。其中，光敏电阻光感应模块和步进电机执行机构模块都与PLC控制核心模块进行信息交流，所以PLC通信接口较多，需对其进行合理正确的分配。图21传感器以及电机示意图图22控制器以及电机驱动示意图52系统调试和调试结果调试是在做一个系统时出来结果前必须的步骤，也是十分关键的一个步骤。它需要根据测得的数据进行分析，并通过调整器件或器件参数来向目标结果靠近。调试过程是理论知识向实际应用转化过程中最完整的体现，是对所学理论知识最真实有效的检阅。521系统调试准备工作（一）将整个系统连接好，并检查确认各线路、接口无虚接、断路和短路等情况。（二）准备好测试工具、器械、仪表，把要测试的数据制成表格的形式以准备记录，等待上电测试。（三）注意事项在PLCSTEP7MICRO/WIN编程软件的安装时，需将软件安装在C根目录下，以免使