极轴式定日镜系统误差校正方法研究

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定日镜是一种跟踪太阳并将太阳辐射光线反射到集热器上的聚能装置,是塔式太阳能光热电站最重要的组成部件之一。对于定日镜跟踪控制系统而言,其控制精度将直接影响集热器的集热效率,由于定日镜系统是一个多自由度,多个运动环节的复杂结构,其跟踪误差既有机械结构造成的,也有测量等环节造成的,是多种误差复合造成了定日镜跟踪误差。因此,减小定日镜跟踪误差,提高定日镜跟踪精度对于提高发电系统效率,具有重要意义。
  本课题针对极轴定日镜跟踪控制系统展开误差分析,得出跟踪误差主要来源为:1、重力加速度的测量误差;2、定日镜偏心距反射误差;3、定日镜正南安装零点偏差。针对相应的误差建立了误差模型并且设计了校正方案。
  (1)针对利用重力加速度传感器对定日镜姿态进行检测的角度测量误差,分为三部分进行校正:1)针对传感器的比例偏差和零点偏差采用最小二乘法进行了线性校正;2)针对传感器三坐标轴的非正交误差利用空间坐标转换进行了轴校正;3)针对传感器的温漂特性,设计了基于重力传感器和磁力传感器的融合测量方法。
  (2)针对定日镜偏心距反射误差,本课题设计一种迭代的误差补偿算法,经过现场验证,该算法可以有效地减小偏心距对跟踪精度的影响。
  (3)针对定日镜正南安装零点偏差,设计了基于太阳的零点误差校正方法。通过安装于镜面的摄像机,实时测量太阳在相机视野的位置,经过图像处理得到零点误差并进行校正。该方法不需额外安装大型标定板,并可同时对多台定日镜进行校正,简单高效。
  本文在完成理论推导和仿真后,通过对山西国金光煤互补项目的定日镜进行了校正验证。实际运行情况表明本文中的校正方法有效提高了定日镜跟踪精度,可使定日镜长时间精确的将太阳光线反射到集热器上,验证了方案的可行性。
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