阅读说明：本技术 一种基于自主移动载体的太阳能电池板万向自旋轨道控制方法 (Solar cell panel universal spin orbit control method based on autonomous mobile carrier ) 是由 黄家怿 郭子淳 齐龙 俞舜廷 王水传 赵锡和 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于自主移动载体的太阳能电池板万向自旋轨道控制方法,其所需装置由三部分组成：太阳能供电系统、自主移动载体和中央控制器。所述太阳能供电系统由太阳能电池板、蓄电池、太阳能电池板万向自旋装置组成,其用于整体的供电；所述自主移动载体可以是无人车、无人船或其他可自主移动物体,其安装有行驶和转向驱动装置、GPS/北斗定位芯片、自动避障装置以及通讯接口；所述中央控制器是安装在自主移动载体上的PLC控制器、单片机以及ARM板,其具有控制功能,用于实现太阳能电池板万向控制、蓄电池电量监测以及自主移动载体监控。本发明无需增加其它传感组件,通过Matlab快速计算并控制太阳能电池板精确旋转,其成本经济,方便实用。(The invention discloses a solar cell panel universal spin orbit control method based on an autonomous mobile carrier, which comprises the following three parts: the system comprises a solar power supply system, an autonomous mobile carrier and a central controller. The solar power supply system consists of a solar panel, a storage battery and a solar panel universal spinning device and is used for supplying power integrally; the autonomous mobile carrier can be an unmanned vehicle, an unmanned ship or other autonomous mobile objects, and is provided with a driving and steering driving device, a GPS/Beidou positioning chip, an automatic obstacle avoidance device and a communication interface; the central controller is a PLC controller, a single chip microcomputer and an ARM board which are installed on the autonomous mobile carrier, has a control function and is used for realizing universal control of the solar cell panel, monitoring of the electric quantity of the storage battery and monitoring of the autonomous mobile carrier. According to the invention, other sensing components are not required to be added, the solar cell panel is rapidly calculated and controlled to rotate accurately through Matlab, and the solar cell panel is economical in cost, convenient and practical.)

一种基于自主移动载体的太阳能电池板万向自旋轨道控制 方法

技术领域

本发明涉及新能源领域，具体为一种基于自主移动载体的太阳能电池板万向自旋轨道控制方法。

背景技术

太阳能，是一种可再生能源。是指太阳的热辐射能，主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。

随着人力成本的逐渐增加，无人车、无人船等自主移动载体越来越受到关注。太阳能供电系统是户外自主移动载体的必备组件之一。如何确保载体在自主移动过程中，使其搭载的太阳能电池板能时刻保持最大程度的吸收太阳能，是提高自主移动载体作业时间的关键技术之一。

而传统的太阳能板多采用朝南固定方向的安装方式，既无法及时根据太阳直射角度调整太阳能板方向，也无法自主确定南北方向，导致太阳能板不能在移动状态下实时判断太阳光直射方向，无法调整最佳的太阳能板角度，不适用于移动式载体上，太阳能利用率较差。为了解决上述存在的问题，本发明设计了一种基于自主移动载体的太阳能电池板万向自旋轨道控制方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统的太阳能板多采用朝南固定方向的安装方式，既无法及时根据太阳直射角度调整太阳能板方向，也无法自主确定南北方向，导致太阳能板不能在移动状态下实时判断太阳光直射方向，无法调整最佳的太阳能板角度，不适用于移动式载体上，太阳能利用率较差等缺点，而提出一种基于自主移动载体的太阳能电池板万向自旋轨道控制方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于自主移动载体的太阳能电池板万向自旋轨道控制方法，其所需装置由三部分组成：太阳能供电系统、自主移动载体和中央控制器，其中，太阳能供电系统以及中央控制器均安装于自主移动载体上；

所述太阳能供电系统由太阳能电池板、蓄电池以及太阳能电池板万向自旋装置组成；

所述自主移动载体可以是无人车、无人船或其他可自主移动物体，其安装有行驶和转向驱动装置、GPS/北斗定位芯片、自动避障装置以及通讯接口；

所述中央控制器由PLC控制器、单片机以及ARM板组成，其中，单片机内寄存有Matlab程序；

其控制方法为：

第一步、通过自主移动载体中的GPS/北斗定位芯片获取当前方向、经纬度和时间信息，同时计算并得到当前的时间点、当前的经度、当前的纬度、当前的日序数、当前太阳直射角度的方位角以及当前太阳直射角度的高度角；

第二步、将当前的时间点、当前的经度、当前的纬度、当前的日序数、当前的太阳能板支架与正南方向夹角以及当前的太阳能板支架与水平面夹角的参数输入至中央控制器中单片机内的Matlab程序中，再分别计算太阳能电池板万向自旋装置中推杆电机中推杆的上下摆动角度以及旋转板的旋转角度，即可得到太阳能电池板所需转动角度；

第三步、中央控制器通过PLC控制器将指令发给太阳能电池板万向自旋装置，太阳能电池板万向自旋装置使得太阳能电池板始终垂直于太阳直射角度。

优选的，所述当前太阳直射角度的方位角以及当前太阳直射角度的高度角的计算公式分别为：

其中，太阳高度角为MO与地平面的夹角h，以地平面为起始面，向上为正值，向下为负值；

太阳方位角为M′O与SO的夹角A，以正南方向为起始边，顺时针方向为正值，逆时针方向为负值；

式中：为当地纬度；δ为赤纬角；ω为时角。

优选的，所述赤纬角δ的计算公式为：

其中，赤纬角δ为ME与M′E的夹角；

式中：n为一年的日序数。

优选的，所述时角ω的计算公式为：

ω＝(12-T)·15°

式中：T为真太阳时。

优选的，所述真太阳时T的计算公式为：

T＝t+4min·(λ-120)+E

E＝9.5·sin2·(280+0.9856·n)-7.7·sin(280+0.9856·n+78)

式中：λ为当地经度。

优选的，所述计算太阳能电池板万向自旋装置中推杆电机中推杆的上下摆动角度的计算公式为：

设定太能板支架垂直于水平面时为初始状态，设某时刻太阳能板支架与水平线夹角为η，已知当时太阳高度角为h，则太阳能板支架的上下摆动角度θ公式为：

当h>η时，太阳能板支架往上摆动角度θ＝h-η

当η>h时，太阳能板支架往下摆动角度θ＝η-h。

优选的，所述太阳能电池板万向自旋装置中旋转板的旋转角度的计算公式为：

设定推杆电机在旋转台正南位置为初始点，设某时刻太阳能板水平角度为β，已知太阳方位角为A，则旋转板的旋转角度γ公式为：

当β<A时，旋转板顺时针旋转角度γ＝A-β

当β>A时，旋转板逆时针旋转角度γ＝β-A。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明为一种基于自主移动载体的太阳能电池板万向自旋轨道控制方法，将自主移动载体和太阳能电池板控制相结合，无需增加额外传感器等组件，通过Matlab快速计算并控制太阳能电池板精确旋转，该方法计算简单，适用性强，能满足不同自主移动载体在不同时节、不同地域、不同地势条件下最大吸收太阳能的实际应用需求。

附图说明

图1为本发明中控制方法的流程图。

图2为本发明中赤纬角δ在天球坐标系中的示意图。

图3为本发明中太阳方位角A以及太阳高度角h在地平坐标系中的示意图。

图4为本发明中太阳能电池板水平旋转角度变化示意图。

图5为本发明中太阳能电池板上下摆动角度变化示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：

一种基于自主移动载体的太阳能电池板万向自旋轨道控制方法，其所需装置由三部分组成：太阳能供电系统、自主移动载体和中央控制器，其中，太阳能供电系统以及中央控制器均安装于自主移动载体上；

所述太阳能供电系统由太阳能电池板、蓄电池以及太阳能电池板万向自旋装置组成；

所述自主移动载体可以是无人车、无人船或其他可自主移动物体，其安装有行驶和转向驱动装置、GPS/北斗定位芯片、自动避障装置以及通讯接口；

所述中央控制器由PLC控制器、单片机以及ARM板组成，其中，单片机内寄存有Matlab程序；

其控制方法为：

第一步、通过自主移动载体中的GPS/北斗定位芯片获取当前方向、经纬度和时间信息，同时计算并得到当前的时间点、当前的经度、当前的纬度、当前的日序数、当前太阳直射角度的方位角以及当前太阳直射角度的高度角；

第二步、将当前的时间点、当前的经度、当前的纬度、当前的日序数、当前的太阳能板支架与正南方向夹角以及当前的太阳能板支架与水平面夹角的参数输入至中央控制器中单片机内的Matlab程序中，再分别计算太阳能电池板万向自旋装置中推杆电机中推杆的上下摆动角度以及旋转板的旋转角度，即可得到太阳能电池板所需转动角度；

第三步、中央控制器通过PLC控制器将指令发给太阳能电池板万向自旋装置，太阳能电池板万向自旋装置使得太阳能电池板始终垂直于太阳直射角度。

优选的，所述当前太阳直射角度的方位角以及当前太阳直射角度的高度角的计算公式分别为：

其中，太阳高度角为MO与地平面的夹角h，以地平面为起始面，向上为正值，向下为负值；

太阳方位角为M′O与SO的夹角A，以正南方向为起始边，顺时针方向为正值，逆时针方向为负值；

式中：为当地纬度；δ为赤纬角；ω为时角。

优选的，所述赤纬角δ的计算公式为：

其中，赤纬角δ为ME与M′E的夹角；

式中：n为一年的日序数。

优选的，所述时角ω的计算公式为：

ω＝(12-T)·15°

式中：T为真太阳时。

优选的，所述真太阳时T的计算公式为：

T＝t+4min·(λ-120)+E

E＝9.5·sin2·(280+0.9856·n)-7.7·sin(280+0.9856·n+78)

式中：λ为当地经度。

优选的，所述计算太阳能电池板万向自旋装置中推杆电机中推杆的上下摆动角度的计算公式为：

设定太能板支架垂直于水平面时为初始状态，设某时刻太阳能板支架与水平线夹角为η，已知当时太阳高度角为h，则太阳能板支架的上下摆动角度θ公式为：

当h>η时，太阳能板支架往上摆动角度θ＝h-η

当η>h时，太阳能板支架往下摆动角度θ＝η-h。

优选的，所述太阳能电池板万向自旋装置中旋转板的旋转角度的计算公式为：

设定推杆电机在旋转台正南位置为初始点，设某时刻太阳能板水平角度为β，已知太阳方位角为A，则旋转板的旋转角度γ公式为：

当β<A时，旋转板顺时针旋转角度γ＝A-β

当β>A时，旋转板逆时针旋转角度γ＝β-A。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。