基于分时竞争机制的日光定向反射控制装置及控制方法

摘要

本发明公开了基于分时竞争机制的日光定向反射控制装置及控制方法，它包括反射镜（5）、传感器模块（4）、反射镜固定支架（7）、跟踪动作模块（8）和支撑模块（9），传感器模块（4）为两个且对称固定在反射镜固定支架（7）上，反射镜（5）装在反射镜固定支架（7）的中间位置，传感器模块（4）的输出端与跟踪动作模块（8）的输入端相连，支撑模块（9）通过跟踪动作模块（8）连接反射镜固定支架（7），支撑整个装置，传感器模块（4）由多个传感器（4.1）和壳体（4.2）组成，传感器（4.1）装于壳体（4.2）外侧。本发明安装难度小、使用灵活、控制简单，它反射精度固定，无累计误差，当装置移动或位置调整时，不影响其对阳光的定向反射。

权利要求

1.基于分时竞争机制的日光定向反射控制装置，其特征在于：它包括目标信号源（2）、反射镜（5）、传感器模块（4）、反射镜固定支架（7）、跟踪动作模块（8）和支撑模块（9），传感器模块（4）为两个，两个传感器模块（4）对称的固定在反射镜固定支架（7）上，反射镜（5）固定在反射镜固定支架（7）的中间位置上，传感器模块（4）的信号输出端与跟踪动作模块（8）的控制信号输入端相连，控制跟踪动作模块（8）的跟踪动作，支撑模块（9）通过跟踪动作模块（8）连接反射镜固定支架（7），支撑整个装置，目标信号源（2）用于发射目标信号（3）并接收反射镜（5）反射的入射阳光（1）；所述的传感器模块（4）由一个或多个传感器（4.1）和壳体（4.2）组成，一个或多个传感器（4.1）分别安装于壳体（4.2）外侧。

2.根据权利要求1所述的基于分时竞争机制的日光定向反射控制装置，其特征在于：

所述传感器模块（4）上的传感器（4.1）为阳光传感器或目标信号传感器，阳光传感器设置在其中一个传感器模块（4）上，目标信号传感器设置在另一个传感器模块（4）上。

3.根据权利要求2所述的基于分时竞争机制的日光定向反射控制装置，其特征在于：

所述的阳光传感器和目标信号传感器结构相同，阳光传感器用于检测入射阳光（1）与反射镜（5）法线的夹角，目标信号传感器用于检测目标信号（3）与反射镜（5）法线的夹角。

4.根据权利要求1所述的基于分时竞争机制的日光定向反射控制装置，其特征在于：

所述的目标信号（3）包括微波和无线电波。

5.根据权利要求1所述的基于分时竞争机制的日光定向反射控制装置，其特征在于：

所述的反射镜（5）为平面镜。

6.根据权利要求1所述的基于分时竞争机制的日光定向反射控制装置，其特征在于：

所述的控制信号为夹角信号，跟踪动作模块（8）的跟踪动作由夹角信号的大小控制：①当夹角信号大时，跟踪动作模块（8）的跟踪动作大；②当输入的夹角信号小时，跟踪动作模块（8）的跟踪动作小；③当阳光传感器与目标信号传感器输出的夹角信号相同或相差小于设定值时，跟踪动作模块（8）停止工作。

7.基于分时竞争机制的日光定向反射控制方法，其特征在于：它包括如下步骤：

第一步：由阳光传感器或目标信号传感器二者中的一个传感器模块（4）判断其对应的信号源与反射镜（5）法线的夹角，并根据夹角信号输出控制信号，控制跟踪动作模块（8）向该信号源运动与夹角成一定比例关系的角度；

第二步：由另一个传感器模块（4）判断另一个信号源与法线的夹角，同样输出控制信号，控制跟踪动作模块（8）向该信号源运动与夹角信号成比例关系的角度，两传感器模块（4）控制跟踪动作模块（8）运动的角度与夹角信号所成的比例关系相同；

第三步：依次循环第一步与第二步所述动作，直至两个传感器模块（4）输出的夹角信号相同或相差小于设定值时，跟踪动作模块（8）停止工作。

说明书

基于分时竞争机制的日光定向反射控制装置及控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及基于分时竞争机制的日光定向反射控制装置及控制方法。

背景技术

[0002] 随着世界能源危机愈加严重，太阳能光热发电越来越受到重视，其发电方式主要分为碟式、槽式和塔式三种，与槽式和碟式太阳能热发电方式相比，塔式太阳能热发电具有集中度高、聚光倍率高、容量扩充成本低等技术优势。塔式太阳能发电是通过多组定日镜和跟踪系统将不同方向入射的阳光反射到固定的塔式集热装置中，再将收集的热能转换为电能。阳光定向反射装置将阳光反射到集热器的效率直接影响塔式太阳能发电系统的发电效率。

[0003] 目前的塔式太阳能发电定向反射装置有多种控制方式，其中采用闭环控制方式较多，所谓闭环控制方式是通过检测光线反射的方向是否为所需方向，来控制跟踪装置运动。如申请号200620084631.7所公布的“自动跟踪定向反射太阳能锅炉”，它通过检测反射光角度与所需反射的位置进行比较，来控制跟踪系统追踪；申请号00134939.2所公布的“自动控制定向反射太阳能收集与光热转换装置”，是通过检测反射光的方向控制跟踪系统，这些闭环控制方式的装置虽然定向反射精度高，但反射装置及传感器的安装位置是固定的，一旦装置或传感器的位置发生改变，将无法完成反射，这对大型塔式电厂来说，设备安装难度大，且安装成本高。

[0004] 又如申请号201110041874.8所公布的“一种用于塔式太阳能热发电站的定日镜跟踪装置”，通过固定在塔式集热器上的摄像头群拍摄的反射光的信号来控制跟踪结构实现反射；申请号201120041047.4所公布的“塔式太阳能热发电站的定日镜跟踪控制装置”，亦是通过固定在集热器上的摄像机拍摄到的反射光方向信号控制调整跟踪装置实现反射；申请号201080042011.6所公布的“太阳跟踪器设备和系统”，则通过安装在追踪机构中心的成像设备，获得反射光方向与目标方向是否相同的方式控制完成跟踪。采用该种闭环控制方式的装置，其成像/摄像装置位于集热器或者反射装置上，结构不受传感器的影响，且跟踪精度高，但该装置控制系统复杂，控制程序要对每个成像设备进行计算，计算量大。

[0005] 除此之外，现有的控制方式中也有采用开环程序控制方式，所谓开环程序控制是利用程序计算每天每个时刻太阳的角度，再计算出反射镜的角度，控制跟踪装置完成反射，或者通过传感器检测太阳的位置，再计算出反光镜将光反射到固定位置时所在的方位，控制跟踪系统完成跟踪，然而这两种方式计算复杂，对不同安装位置的反射装置给定固定的控制程序，且前者容易产生累计误差，导致反射精度差或反射失败。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种安装难度小、使用灵活、控制简单的基于分时竞争机制的日光定向反射控制装置及控制方法，它反射精度固定，无累计误差产生，当装置移动或位置调整时，不会影响其对阳光的定向反射。

[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于分时竞争机制的日光定向反射控制装置，它包括目标信号源、反射镜、传感器模块、反射镜固定支架、跟踪动作模块和支撑模块，传感器模块为两个，两个传感器模块对称的固定在反射镜固定支架上，反射镜固定在反射镜固定支架的中间位置上，传感器模块的信号输出端与跟踪动作模块的控制信号输入端相连，控制跟踪动作模块的跟踪动作，支撑模块通过跟踪动作模块连接反射镜固定支架，支撑整个装置，目标信号源用于发射目标信号并接收反射镜反射的入射阳光。所述的传感器模块由一个或多个传感器和壳体组成，一个或多个传感器分别安装于壳体外侧。

[0008] 所述传感器模块（4）上的传感器为阳光传感器或目标信号传感器，阳光传感器设置在其中一个传感器模块上，目标信号传感器设置在另一个传感器模块上。阳光传感器和目标信号传感器结构相同，阳光传感器用于检测入射阳光与反射镜法线的夹角，目标信号传感器用于检测目标信号与反射镜法线的夹角。

[0009] 所述的目标信号包括微波和无线电波。所述的反射镜为平面镜。

[0010] 所述的控制信号为夹角信号，跟踪动作模块的跟踪动作由夹角信号的大小控制：①当夹角信号大时，跟踪动作模块的跟踪动作大；②当输入的夹角信号小时，跟踪动作模块的跟踪动作小；③当阳光传感器与目标信号传感器输出的夹角信号相同或相差小于设定值时，跟踪动作模块停止工作。

[0011] 基于分时竞争机制的日光定向反射控制方法，它包括如下步骤：

[0012] 第一步：由阳光传感器或目标信号传感器分别判断其对应的信号源与反射镜法线的夹角，并根据夹角信号输出控制信号，控制跟踪动作模块向该信号源运动与夹角成一定比例关系的角度；

[0013] 第二步：由另一个传感器模块判断另一个信号源与法线的夹角，同样输出控制信号，控制跟踪动作模块向该信号源运动与夹角信号成比例关系的角度，两传感器模块控制跟踪动作模块运动的角度与夹角信号所成的比例关系相同；

[0014] 第三步：依次循环第一步与第二步所述动作，直至两个传感器模块输出的夹角信号相同或相差小于设定值时，跟踪动作模块停止工作。

[0015] 本发明的有益效果是：

[0016] （1）传感器模块设置在跟踪动作模块之上，传感器模块跟随跟踪动作模块运动，增加了装置的灵活性和一致性；

[0017] （2）跟踪动作模块由阳光传感器和目标信号传感器交替控制，使跟踪动作模块带动反射镜交替向阳光信号源与目标信号源运动，实现分时竞争的工作方式，进而简化了控制程序，计算简单；

[0018] （3）传感器设置在跟踪动作模块之上，采用开环实时检测方式，定向反射精度固定，避免了累积误差的产生，反射精度高；

[0019] （4）能够在定日镜场内任意位置安装，当装置移动或者位置调整时，不影响其对阳光的定向反射。

附图说明

[0020] 图1为本发明的结构示意图；

[0021] 图2为立方体结构的传感器模块；

[0022] 图3为多棱柱体结构的传感器模块；

[0023] 图4为旋转俯仰结构的跟踪动作模块；

[0024] 图5为平行二轴结构的跟踪动作模块；

[0025] 图6为平行多轴结构的跟踪动作模块；

[0026] 图中，1-入射阳光，2-目标信号源，3-目标信号，4-传感器模块，4.1-传感器，4.2-壳体，4.2a-立方体结构的壳体，4.2b-多棱柱体结构的壳体，5-反射镜，6-入射阳光信号源，7-反射镜固定支架，8-跟踪动作模块，8a1-俯仰单元，8a2-旋转单元，8b1-中心支撑单元，8b2-平行二轴跟踪轴，8c1-平行多轴跟踪轴，9-支撑模块。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图及实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

[0028] 如图1所示，基于分时竞争机制的日光定向反射控制装置，它包括目标信号源2、反射镜5、传感器模块4、反射镜固定支架7、跟踪动作模块8和支撑模块9，传感器模块4为两个，两个传感器模块4对称的固定在反射镜固定支架7上，反射镜5固定在反射镜固定支架7的中间位置上，传感器模块4的信号输出端与跟踪动作模块8的控制信号输入端相连，交替控制跟踪动作模块8的跟踪动作，实现跟踪动作模块8分时的工作方式，使跟踪动作模块8带动反射镜5交替向入射阳光信号源6与目标信号源2运动，实现竞争，多次循环工作后，最终将入射阳光1定向反射到目标信号源2的位置。支撑模块9通过跟踪动作模块8连接反射镜固定支架7，支撑整个装置，目标信号源2用于发射目标信号3并接收反射镜5反射的入射阳光1。所述的传感器模块4由一个或多个传感器4.1和壳体4.2组成，一个或多个传感器4.1分别安装于壳体4.2外侧。

[0029] 所述传感器模块4上的传感器4.1为阳光传感器或目标信号传感器，阳光传感器设置在其中一个传感器模块4上，目标信号传感器设置在另一个传感器模块4上。阳光传感器和目标信号传感器结构相同，功能相似，阳光传感器用于检测入射阳光1与反射镜5法线的夹角，并向跟踪动作模块8输出相应的角度信号，目标信号传感器用于检测目标信号3与反射镜5法线的夹角，并向跟踪动作模块8输出相应的角度信号。

[0030] 跟踪动作模块8通过分时工作的方式分别在阳光传感器和目标信号传感器输出的角度信号的控制下独立工作，且跟踪动作模块8的跟踪动作由夹角信号的大小控制：①当夹角信号大时，跟踪动作模块8的跟踪动作大；②当输入的夹角信号小时，跟踪动作模块8的跟踪动作小；③当阳光传感器检测到入射阳光1与反射镜5法线的夹角信号时，控制电路控制跟踪动作模块8向入射阳光1方向运动对应的角度，当目标信号传感器检测到目标信号3与反射镜5法线的夹角信号时，控制电路控制跟踪动作模块8向目标信号3方向运动对应的角度，多次循环工作后，当阳光传感器与目标信号传感器输出的夹角信号相同或相差小于设定值时，跟踪动作模块8停止工作，实现将入射阳光1定向反射到目标信号源2的位置。

[0031] 所述的目标信号3包括微波和无线电波。所述的反射镜5为平面镜，能提高入射日光定向反射装置的反射效率。

[0032] 下面结合实施例具体说明传感器模块的功能实现：

[0033] 【实施例1】如图2所示为立方体结构的传感器模块，它包括传感器4.1和立方体结构的壳体4.2a，传感器4.1分布在立方体结构的壳体4.2a的四个侧面上，传感器4.1为阳光传感器或目标信号传感器，由于阳光传感器或目标信号传感器结构相同，判断信号的原理相同，故以阳光传感器为例做进一步阐述。将图中前后相对的两个阳光传感器分为一组，左右相对的两个阳光传感器分为另一组，两组分别判断正交的两个方向的入射阳光信号，两组信号共同作用即可判断入射阳光信号的角度。

[0034] 【实施例2】如图3所示为多棱柱体结构的传感器模块，它包括传感器4.1和多棱柱体结构的壳体4.2b，传感器4.1分布在多棱柱体侧面，以阳光传感器为例，与实施例1相同，相对的两个阳光传感器互为一组，检测该方向入射阳光的分量信号，通过多方向的信号共同作用判断出入射阳光信号的角度。

[0035] 下面结合实施例具体说明跟踪动作模块的功能实现：

[0036] 【实施例1】如图4所示为旋转俯仰结构的跟踪动作模块，俯仰单元8a1和旋转单元8a2分别负责高度角和方位角跟踪，阳光传感器与目标信号传感器依次循环检测入射阳光1和目标信号3与反射镜5法线夹角，根据阳光信号传感器得到的角度信号控制旋转单元8a2向靠近入射阳光1方向旋转对应的角度，俯仰单元8a1也向入射阳光1方向运动对应的角度，同样，根据目标信号传感器得到角度信号控制旋转单元8a2向靠近入射阳光1方向旋转对应的角度，俯仰单元也向入射阳光1方向运动对应的角度，多次循环后，两个传感器得到的角度信号相等或者小于阈值，实现阳光的定向反射。

[0037] 【实施例2】如图5所示为平行二轴结构的跟踪动作模块，它包括中心支撑单元8b1和两根平行二轴跟踪轴8b2，中心支撑单元8b1包括支撑住和顶端的万向结构，平行二轴跟踪轴8b2包括伸缩单元、支撑单元和弹性连接单元，该平行二轴结构的跟踪动作模块通过两根相互正交的平行二轴跟踪轴8b2伸缩运动，带动反射镜5依次循环向入射阳光1方向和目标信号3方向运动，具体表现为：向夹角信号大的信号源运动对应较大的角度，向夹角信号小的信号源运动对应较小的角度，多次循环后，两个传感器得到的角度信号相等或者小于阈值，实现阳光的定向反射。

[0038] 【实施例3】如图6所示为平行多轴结构的跟踪动作模块，它包括多根平行多轴跟踪轴8c1，每根平行多轴跟踪轴8c1的运动机理与图5中的平行二轴跟踪轴8b2运动机理完全一样，当传感器与跟踪结构的平行多轴跟踪轴8c1增多后，对信号源的方向判断更加准确，定向反射的精度也更高。

[0039] 基于分时竞争机制的日光定向反射控制方法，它包括如下步骤：

[0040] 第一步：由阳光传感器或目标信号传感器分别判断其对应的信号源与反射镜（5）法线的夹角关系，通过传感器模块4中相对的两个传感器4.1判断信号源在这一方向的偏向位置，多组传感器4.1共同工作判断出信号源方向与反射镜5法线的位置关系，并根据夹角信号输出控制信号，控制跟踪动作模块8向该信号源运动与夹角成一定比例关系的角度；

[0041] 第二步：根据每组传感器4.1判断所得信号控制该组传感器4.1控制下的电机向信号源方向运动与夹角信号成一定比例关系的角度，多组电机同时工作即可使反射镜固定支架7带动追踪平面整体向信号源的方向移动与夹角信号成比例关系的角度；

[0042] 第三步：由另一个传感器模块4采用与第一步和第二步所述相同的方式判断另一个信号源与反射镜5法线的夹角，同样输出控制信号，控制跟踪动作模块8向该信号源运动与夹角信号成比例关系的角度，两传感器模块4控制跟踪动作模块8运动的角度与夹角信号所成的比例关系相同；

[0043] 第四步：依次循环以上三步所述动作，直至两个传感器模块4输出的夹角信号相同或相差小于设定值时，跟踪动作模块8停止工作。