[发明专利]一种基于粒子群算法的太阳自动跟踪模糊控制系统

说明书

技术领域

本发明属于自动化控制技术领域，尤其是涉及一种基于粒子群算法的太阳自动跟踪模糊控制系统。

背景技术

太阳能作为一种可再生能源，具有清洁、安全和使用寿命长等优点，正得到迅速的发展和应用；但由于辐射到地面的阳光受到气候、纬度、经度等自然条件的影响，存在密度低、间歇性和空间分布不断变化的问题，致使太阳能的利用率很低，实现太阳自动跟踪是提高太阳能利用率的一个重要途径。太阳自动跟踪系统是一个包含机械和电力电子环节的非线性系统，具有时变性大和较强的系统参数摄动等特点，采用常规的PID控制存在着精度不高和自适应能力有限等问题。

由此可见，现有技术中，太阳自动跟踪系统存在着精度低、自适应能力差等问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于粒子群算法的太阳自动跟踪模糊控制系统，旨在解决现有的太阳自动跟踪系统存在的精度不高和自适应能力有限的问题。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种基于粒子群算法的太阳自动跟踪模糊控制系统，其特征在于，所述系统包括光电检测单元、实时时钟、控制器、驱动与执行机构、太阳能电池板、角度传感器、电源；其中，

光电检测单元，用于将从外界接收的水平方向的第一感光强度、第二感光强度及垂直方向的第三感光强度、第四感光强度依次转化为第一电压、第二电压、第三电压和第四电压，并将第一电压、第二电压、第三电压和第四电压发送至控制器。

实时时钟，用于向控制器提供实时日历时间信息。

控制器，用于存储预设切换电压阈值；对来自光电检测单元的第一电压、第二电压、第三电压、第四电压进行模/数转换，并存储转换后的第一电压、第二电压、第三电压、第四电压；当转换后的第一电压、第二电压、第三电压、第四电压均小于切换电压阈值时，根据来自实时时钟的实时日历时间信息确定的太阳计算位置和角度传感器发送的比较误差，生成第一操作指令，并将第一操作指令发送至驱动与执行机构和角度传感器；当转换后的第一电压与第二电压均大于切换电压阈值或第三电压与第四电压均大于切换电压阈值时，对第一电压与第二电压、第三电压与第四电压进行比较，当第一电压与第二电压差值不等于零或第三电压与第四电压差值不等于零时，对角度传感器发送的比较误差进行微分，获得第一电压与第二电压的第一比较误差变化率或第三电压与第四电压的第二比较误差变化率，根据第一电压与第二电压的比较误差和第一比较误差变化率或第三电压与第四电压的比较误差和第二比较误差变化率，确定所述控制器的输入变量和输出变量，对该输入变量和输出变量进行模糊控制，并采用粒子群算法分别对输入变量和输出变量的隶属函数和模糊控制规则进行优化后，生成第二操作指令，并将第二操作指令发送至驱动与执行机构和角度传感器；还用于存储第一操作指令、第二操作指令、太阳能电池板发送的太阳实时位置与转动信息。

驱动与执行机构，用于根据控制器发送的第一操作指令或第二操作指令，驱动水平电机或垂直电机转动，并将转动指令发送至太阳能电池板。

太阳能电池板，用于根据驱动与执行机构发送的转动指令，所述太阳能电池板转动以实时跟踪太阳，得到太阳实时位置与转动信息，并将太阳能转化为电能；同时，向控制器发送太阳实时位置与转动信息。

角度传感器，用于对来自控制器的第一操作指令或第二操作指令与来自所述太阳能电池板的转动信息进行比较，并将比较误差发送至控制器。

电源，用于对控制器提供可用的直流电。

综上所述，本发明通过采用8位ATmega16单片机作为控制器，采用步进电机构成动力执行机构，利用粒子群算法对模糊控制器的控制规则和隶属函数进行优化，优化后的控制规则和隶属函数根据环境的变化实时跟踪模糊控制器参数的变化。所以，本发明大大改善了控制器的性能，克服了传统模糊控制器在线调节效果不佳的弱点，具有控制灵活、适应性强的优点，而且具有较好的动态性能和较强的鲁棒性。

附图说明

图1是本发明所述一种基于粒子群算法的太阳自动跟踪模糊控制系统的第一种组成结构示意图。

图2是本发明所述光电检测单元的组成结构示意图。

图3是本发明所述一种基于粒子群算法的太阳自动跟踪模糊控制系统的第二种组成结构示意图。

图4是本发明所述一种基于粒子群算法的太阳自动跟踪模糊控制系统的第三种组成结构示意图。

图5是本发明所述控制器的组成结构示意图。

图6是本发明所述控制模块的组成结构示意图。

图7是本发明所述优化模块的组成结构示意图。