光伏发电技术(PV)可以将太阳能直接转换为电能,其性能可靠易于商用,目前有发电低成本和规模化推广的趋势,所以发展较快。尽管目前PV发电量占全球发电量的0.1%,但国际能源署(IEA)预测在2030年PV发电量将达5%,并在2050年持续增长到11%。而聚光太阳能电池技术(CPV)是PV技术的重要应用方向,被认为是最有前途的太阳能解决方案,但目前低成本高精度的分布式太阳光跟踪系统还需进一步研究,与此同时,CPV技术所用到的太阳光跟踪技术精度的评估多为直接实验法测量而缺少理论计算基础,该方法虽然能够较为准确的测量出系统精度,但由于不同机械系统的复杂性和多样性,建立通用的系统误差模型对于机构的优化设计以及控制策略的优化有着极为关键的作用。本文针对以上问题设计了一种聚光太阳能电池高精度双轴视日云台系统,对跟踪系统的硬件结构(包括结构和硬件外围电路等)和软件(包括误差校正算法,控制逻辑和PID控制器等)进行创新设计和优化,最后通过样机原型的实验验证所提方案的有效性。系统结构和硬件设计上,整体结构采用垂直双轴结构,传动机构采用大传动比高精度蜗轮蜗杆配合偏心轴套的设计,光电传感器采用自主设计的四象限硅光电池传感器,选用二相混合式步进电机作为驱动装置,主控芯片以ATmega2560为核心,外围硬件电路设计加入了GPS模块和IMU模块。系统控制设计上,选用高精度ENEA天文算法作为主体算法,采用混合跟踪(算法跟踪+传感器跟踪)的控制策略,同时基于机器人运动学建立了系统误差校正算法,该算法加入4个典型系统误差参量,消除了设备初装位置与位姿、加工与装配等系统误差,该算法计算误差为0.0376°。推导了步进电机的数学模型,进行了PID控制器设计,缩短了系统响应时间,提高了系统稳定性。最终建立了系统误差链,计算得到系统理论误差值为0.1076°。最后加工出视日云台样机原型,配合误差标定装置,利用图像处理的方法进行了实验验证,实验结果表明系统跟踪误差为0.188°。