基于步進(jìn)電機細分驅動(dòng)的太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統的設計

在階梯波中，電池板轉動(dòng)小角度所需要的時(shí)間相對于數分鐘的等待時(shí)間來(lái)說(shuō)是非常短暫的，所以忽略電池板轉動(dòng)所需要的時(shí)間。系統的跟蹤過(guò)程為：每隔4．5分鐘計算出高度角差值，除以半步步距角0．9°，得到所需脈沖數，由于脈沖只能是整數，所以對所得數據進(jìn)行四舍五入處理，將得到的脈沖數發(fā)送使步進(jìn)電機帶動(dòng)電池板轉動(dòng)。
跟蹤的最大誤差是9．14°，平均誤差是3．96°。通過(guò)實(shí)驗發(fā)現，步進(jìn)電機在沒(méi)有采用細分驅動(dòng)時(shí)震動(dòng)和噪聲比較大，每一個(gè)脈沖的旋轉角度誤差是比較大的，由于仿真中是假定此時(shí)一個(gè)脈沖使步進(jìn)電機旋轉0．9°，所以實(shí)際的要比理想化的跟蹤誤差要偏大。
不考慮反饋，出現累積誤差，配上傳感器電路作為反饋修正，可消除部分累積誤差，但是步進(jìn)電機的最小旋轉角度是0．9°，對于諸如1．3°，2．4°這樣的離0．9°的整數倍較遠的角度偏差改良效果不佳，所以用光電傳感器電路進(jìn)行反饋時(shí)對跟蹤精度的改良效果也十分有限。
此時(shí)電池板的等待間隔時(shí)間至少是4．5分鐘，在這段時(shí)間內電池板的角度是不變的，但是太陽(yáng)高度角是一直在變化的，所以等待時(shí)間越長(cháng)，則電池板采集太陽(yáng)能的效率就會(huì )越低。
3．2 自動(dòng)跟蹤采用細分驅動(dòng)
間隔1．5分鐘，采用32細分高度角跟蹤圖如圖8所示，其跟蹤過(guò)程與圖7類(lèi)似。采用32細分驅動(dòng)，0．0563°／步，間隔時(shí)間縮短，跟蹤的最大誤差是1．25°，平均誤差是0．9°。由圖8可知，跟蹤誤差比不采用細分驅動(dòng)時(shí)明顯減小，精度提高，細分驅動(dòng)后步進(jìn)電機運行穩定，每個(gè)步進(jìn)精度接近于0．0563°，采用傳感器電路進(jìn)行反饋補償后可進(jìn)一步提高跟蹤精度，此時(shí)的補償效果優(yōu)于一般驅動(dòng)。
間隔1．5分鐘，64細分高度角跟蹤圖如圖9所示，其跟蹤過(guò)程與圖7類(lèi)似。跟蹤的最大誤差是0．4°，平均誤差是0．16°。64細分驅動(dòng)后精度比32細分進(jìn)一步提高，并且64細分驅動(dòng)時(shí)還可進(jìn)一步縮短間隔時(shí)間。對于一般的實(shí)際應用來(lái)說(shuō)，64細分，間隔1．5分鐘，再配以光電傳感電路進(jìn)行角度反饋補償是完全能滿(mǎn)足太陽(yáng)能自動(dòng)跟系統的精度要求。

基于縮短等待間隔時(shí)間，傳感器對小角度補償時(shí)誤差減小和步進(jìn)電機運行穩定三方面來(lái)考慮，太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統中步進(jìn)電機驅動(dòng)應采用細分驅動(dòng)，這樣可以大幅提高跟蹤精度，充分利用太陽(yáng)能資源。

4 結束語(yǔ)
文中設計以單片機為核心的太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統，系統為雙軸跟蹤，能自動(dòng)檢測晝夜和判斷天氣狀況。自動(dòng)跟系統采用預先計算好的太陽(yáng)位置進(jìn)行自動(dòng)跟蹤，晴天時(shí)光電傳感器對可能出現的誤差進(jìn)行修正，減小跟蹤誤差。深入地分析比較系統中步進(jìn)電機驅動(dòng)采用一般驅動(dòng)與細分驅動(dòng)對跟蹤精度的影響，得出結論，與采用一般驅動(dòng)方法的系統相比，采用步進(jìn)電機細分驅動(dòng)的太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統跟蹤精度高，有效地提高太陽(yáng)能利用率。