【摘要】：本文針對(duì)一種輕柔索網(wǎng)結(jié)構(gòu)反射器展開(kāi)研究,將3RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用到跟蹤機(jī)構(gòu)上,最終設(shè)計(jì)出一套輕型太陽(yáng)位置跟蹤系統(tǒng),希望將其用于太陽(yáng)能的反射匯聚。該跟蹤系統(tǒng)主要包括索網(wǎng)反射器、跟蹤機(jī)構(gòu)和桁架支撐結(jié)構(gòu)。本文對(duì)整個(gè)跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析,并設(shè)計(jì)了跟蹤系統(tǒng)的整個(gè)流程,最終對(duì)跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)物驗(yàn)證。首先,開(kāi)展了太陽(yáng)位置的理論計(jì)算并進(jìn)行了計(jì)算精度的檢驗(yàn)。簡(jiǎn)要介紹了太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律和標(biāo)記太陽(yáng)位置常用的兩種參考坐標(biāo)系,在此基礎(chǔ)上,對(duì)太陽(yáng)位置進(jìn)行了計(jì)算。參考2015年的中國(guó)天文年歷,在幾種天文算法中選擇了精度最高的一種。最終將本文天文算法計(jì)算出的數(shù)據(jù)與日梭萬(wàn)年歷上的數(shù)據(jù)對(duì)比,得出本文計(jì)算出的太陽(yáng)高度角和方位角精度均在0.05°以內(nèi)。然后,對(duì)跟蹤機(jī)構(gòu)進(jìn)行了方案選擇與位姿分析。根據(jù)輕柔索網(wǎng)結(jié)構(gòu)反射器的特點(diǎn),將3RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用到跟蹤機(jī)構(gòu)上,并對(duì)3RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了位姿分析,得出了桿長(zhǎng)變化的計(jì)算公式,并對(duì)桿長(zhǎng)計(jì)算方法進(jìn)行了改進(jìn)。對(duì)跟蹤平臺(tái)的尺寸及復(fù)合球鉸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較選擇,最終利用ADAMS軟件對(duì)跟蹤機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真。接著,對(duì)跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析。推導(dǎo)了風(fēng)載計(jì)算公式,對(duì)極限狀態(tài)下的反射器進(jìn)行了建模及多工況靜力分析,利用ANSYS軟件和ISIGHT軟件聯(lián)合優(yōu)化對(duì)反射器進(jìn)行了多目標(biāo)多工況優(yōu)化。分析和設(shè)計(jì)了伸縮桿及桁架的結(jié)構(gòu)尺寸,利用節(jié)點(diǎn)自由度耦合對(duì)整體模型進(jìn)行了建模,并對(duì)整體模型進(jìn)行了多工況靜力分析及多目標(biāo)多工況優(yōu)化。對(duì)仰天狀態(tài)下的整體模型進(jìn)行了多工況靜力分析,最終得出整體模型在三級(jí)風(fēng)下能正常工作,在六級(jí)風(fēng)下不被破壞。最后,對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析。選擇與分析了跟蹤系統(tǒng)所需的各種硬件,并介紹了各個(gè)硬件之間應(yīng)如何連接。設(shè)計(jì)了太陽(yáng)位置跟蹤系統(tǒng)的整個(gè)跟蹤流程,并對(duì)流程做了詳細(xì)的解釋說(shuō)明,編寫了整個(gè)跟蹤系統(tǒng)的單片機(jī)程序。最終制作了跟蹤系統(tǒng)的整體實(shí)物模型,且進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,得出該系統(tǒng)跟蹤精度在0.4°以內(nèi)。本文的分析將對(duì)索網(wǎng)反射器在太陽(yáng)能工程中的未來(lái)應(yīng)用具有一定的意義。
【圖文】：

1.1課題研究背景與意義自工業(yè)革命以來(lái)，世界經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人們的生活水平也在不斷提高，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類的生存時(shí)刻都離不開(kāi)能源，世界各個(gè)國(guó)家對(duì)能源的需求也在不斷地?cái)U(kuò)大，但隨之而來(lái)的有兩大難題：一是目前消耗最多的仍是一些傳統(tǒng)能源，如煤、石油和天然氣等，這些能源都屬于不可再生能源。由于在地球上的儲(chǔ)量有限，這些傳統(tǒng)能源已經(jīng)不能滿足人類生產(chǎn)和生活的需求，人們正在急切地尋找一些新能源，希望以此解決能源危機(jī)。二是這些傳統(tǒng)能源在燃燒的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化硫（SO2）和二氧化碳（CO2）等污染氣體，不僅造成了環(huán)境污染，如近些年的霧霾，同時(shí)也會(huì)造成溫室效應(yīng)，嚴(yán)重威脅人類的生存環(huán)境。如圖 1.1 所示，世界能源消耗以原油、原煤和天然氣為主，三者分別占整體能源的 32%、30%和 24%，其余水電、核電等能源的占比達(dá) 14%。而中國(guó)能源消耗中，原煤占比達(dá)到了 67%，同時(shí)原煤對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染也最嚴(yán)重，其次是原油占比 19%，而天然氣僅占總體的 5%，其余水電、核電等能源的占比僅有 9%。因此，，中國(guó)需要大力發(fā)展清潔能源[1]。

2017 年 Tsung-Chieh Cheng 等設(shè)計(jì)了一套主動(dòng)式雙軸跟蹤系統(tǒng)[10]，如圖1.2所示。圖 1.2 主動(dòng)式雙軸太陽(yáng)位置跟蹤系統(tǒng)該系統(tǒng)一方面利用兩側(cè)的光伏電池板進(jìn)行發(fā)電，其產(chǎn)生的電量足以滿足整個(gè)系統(tǒng)用電；另一方面，采用了菲涅爾透鏡模塊將陽(yáng)光集中在一臺(tái)斯特林發(fā)電機(jī)的加熱頭上，
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK513.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2665703