[发明专利]一种太空太阳能电站跟日模型运动控制系统

说明书

本发明公开了一种太空太阳能电站跟日模型运动控制系统，包括：柔索支撑系统，采用六索并联机构实现跟日/聚光机构运动到目标位置和姿态，并做跟日运动；跟日/聚光机构，在柔索驱动下做跟日运动，用于收集太阳光；控制系统，用于实现跟日/聚光机构的精准定位，在非线性跟踪微分器的基础上采用了改进的插值模糊控制算法；测量系统，采用Leica测量仪和360度棱镜实现跟日/聚光机构的跟踪测量，并将实时测得的数据输出到专用运动控制卡。本发明的太空太阳能电站跟日模型运动控制系统可靠性高、稳定性好、成本低、控制方式灵活、可扩展、具有较好的控制效果，可以模拟太空中真实系统的运作，以最大效率收集太阳光。

技术领域

本发明属于机电光一体化设计技术领域，尤其涉及一种太空太阳能电站跟日模型运动控制系统。

背景技术

太空太阳能电站(SSPS)是基于太空太阳能发电技术发展起来的，最原始的雏形是1968年Peter Glaser博士论文中的太阳能发电卫星(SPS)概念，计划在距地面约3.6万公里的高空建造一个太空太阳能电站，利用卫星在太空中把太阳能聚集起来，然后把能量集中源源不断地输送到地面，再转变成电能供人类使用。太空中的阳光强度要比地面大5-10倍，太空太阳能发电技术可提供恒定的能量，这与地面上断断续续、受大气、天气、季节变化、地理位置影响较大的太阳能利用方式有很大区别，而且不会像现有矿石燃料那样产生污染物，该电站的发电量可以达到十亿瓦，这对解决人类终将面临的矿石燃料能源枯竭和温室效应问题，改变能源整体格局有重大意义。SSPS系统组成包括太阳能收集器、直流—微波转换器及发射天线、地面接收天线等；其中太阳能收集器一般是一个光伏太阳能电池板阵列，负责收集太阳光并将其转换成电能，然后通过发射天线将能量以微波束的形式发射到地面接收器，最终利用地面电网将这些电能传送到需要的地方。在其发展历程中涌现出的典型方案有1979SPS系统、集成对称聚光、“鸡尾酒杯”等，其中1979SPS系统由巨型桁架太阳能电池阵和大型发射天线组成，天线阵保持对太阳定向，该方案缺点是需要高功率旋转机构来维持太阳能电池阵指向太阳，不具备灵活性；集成对称聚光方案利用聚光薄膜汇聚太阳能，将太阳能微波发射机和发射天线集成为夹层结构，虽然消除了旋转结构，但构型和控制复杂，系统难扩展；“鸡尾酒杯”方案由NASA工程师曼金斯设计，由很多个薄而弯曲类似镜子的组件构成，可移动以使收集最大化，其缺点是规模过大、安装与维护困难；这些典型方案的共同点是平台重量大、成本高、控制不方便。上述方案最主要的一步就是最大限度地收集太阳光，即控制聚光机构做跟日运动。因为聚光机构在太空中操作不便，且将该机构送入太空耗费巨大，故先建立SSPS地面实验模型来验证其关键技术的可行性，SSPS地面实验模型中还包括柔索支撑系统、驱动模块和测控模块等，通过电机运转控制收索和放索就可以保证聚光机构以某一规划姿态处于某一位置，始终接收太阳光照射。

综上所述，现有的太空太阳能电站控制系统和控制方法存在控制精度低、灵活性差、可扩展度低的缺点，难以达到期望的控制效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太空太阳能电站跟日模型运动控制系统，旨在解决现有的太空太阳能电站控制系统和控制方法存在控制精度低、灵活性差、可扩展度低的问题。

本发明是这样实现的，一种太空太阳能电站跟日模型运动控制系统，所述太空太阳能电站跟日模型运动控制系统包括：

柔索支撑系统，采用六索并联机构实现跟日/聚光机构运动到目标位置和姿态，并做跟日运动；

跟日/聚光机构，在柔索驱动下做跟日运动，用于收集太阳光；

控制系统，用于实现跟日/聚光机构的精准定位，在非线性跟踪微分器的基础上采用了改进的插值模糊控制算法；

测量系统，采用Leica测量仪和360度棱镜，利用激光测量技术实现跟日/聚光机构的跟踪测量，并将实时测得的数据输出到专用运动控制卡。

本发明中柔索支撑系统、跟日/聚光机构、控制系统、测量系统及其相关硬件连接关系如下：