[发明专利]一种反射镜面与旋转中心偏离的定日镜的方位-俯仰跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及定日镜的跟踪方法，特别涉及一种定日镜的方位-俯仰双轴跟踪方法。

背景技术

定日镜是太阳能塔式聚光系统中的聚光装置，它通过双轴跟踪机构将太阳光反射并聚集到某一固定目标处。定日镜包括反射镜、支撑框架、立柱、双轴传动机构和跟踪控制系统等五大部分。

方位-俯仰跟踪是最常见的定日镜双轴跟踪方式，定日镜的方位旋转轴(竖轴)固定，且与定日镜立柱的轴线重合；俯仰旋转轴(横轴)与方位旋转轴垂直，与定日镜支架结构连接，并固定在支架结构上，连同定日镜的支架结构和反射镜一起绕方位旋转轴转动。在定日镜实际应用中，一般都要求从动的俯仰旋转轴与镜面中心处的切平面平行。

定日镜除了方位-俯仰跟踪方式外，还有其他双轴跟踪方式，如固定旋转轴指向目标位置的自旋-俯仰跟踪方式，以及固定旋转轴水平放置的俯仰-倾斜跟踪方式。无论采用何种双轴跟踪方式，都要求经过镜面中心的反射太阳光线投向固定的目标位置。镜面中心也可以用镜面所在曲面的中心来代替，此时的镜面中心是虚拟的镜面中心。

多数情况下，定日镜的两个旋转轴是相交的，其交点称为定日镜的旋转中心。当定日镜的镜面中心与定日镜的旋转中心重合时，定日镜的跟踪比较简单，根据镜面反射定律，镜面中心处的法向位于入射太阳光线与定日镜旋转中心到目标位置连线的角平分线上，即其中和分别是镜面中心的单位法向、单位太阳向量和单位目标向量。

我们把定日镜的镜面中心与定日镜的旋转中心不重合的情况，即定日镜的反射镜面偏离定日镜的旋转中心，简称为定日镜的镜面偏心。在实际应用中，定日镜的镜面偏心普遍存在。对于具有镜面偏心的定日镜，由于定日镜在双轴跟踪过程中，镜面中心不是固定的，而是绕着旋转中心转动，其运动轨迹在以定日镜的旋转中心为心、以偏心距(旋转中心到镜面中心的距离)为半径的球面上，这使得定日镜的跟踪变得复杂。

“Tracking formulas and strategies for a receiver oriented dual-axis tracking toroidal heliostat”(郭明焕、王志峰等.Solar Energy 84.2010年第6期.939-947)给出了针对镜面偏心的自旋-俯仰跟踪定日镜的准确跟踪公式，即只要太阳位置向量和目标位置向量准确，计算出的自旋角和仰角就是准确的。该文献中利用了自旋-俯仰跟踪方式的特殊性，即定日镜的镜面偏心只对跟踪的仰角有影响，而对跟踪的自旋角没有影响，因此只需考虑镜片偏心对跟踪仰角的影响。针对镜面偏心，自旋-俯仰跟踪定日镜的准确跟踪仰角表示为

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