[发明专利]面向海洋运载器太阳能捕获的自动姿态调节装置与控制方法

说明书

面向海洋运载器太阳能捕获的自动姿态调节装置与控制方法，属于海上太阳能捕获领域。本发明包括以下步骤：(1)通过罗经提供的航向信息，GPS提供的位置和时间信息解算最佳的太阳能捕获姿态角即期望位姿；(2)通过自动姿态调节装置调整杆长使得太阳能捕获装置逐渐到达期望位姿；(3)若存在持续强风干扰，位姿补偿器解算补偿d₀，驱动自动姿态调节装置；(4)不断循环步骤(1)，保持最佳姿态捕获太阳能。本发明可保证海洋运载器在不同航向、不同时刻和不同地点时太阳能板平面接受太阳光的直射，且面对持续强风干扰时太阳能板位姿相对大地坐标系保持恒定，提高太阳能的捕获能力，进而提升海洋运载器设备的续航力。

技术领域

本发明属于海上太阳能捕获领域，具体涉及一种面向海洋运载器太阳能捕获的自动姿态调节装置与控制方法。

背景技术

能量捕获对于要求有长自持力的海洋结构物来说非常重要，只有尽可能增加对外界能量的捕获能力，才能有效的实现在海洋中的监测，勘察等任务。目前在实际工程应用中，不同的海洋运载器利用的海洋环境能源不同，主要集中在太阳能、波浪能、风能和温差能等方面。目前，太阳能是水面上的海洋结构物主要能量获取源之一。俞建成在《海洋机器人环境能源收集利用技术现状》中指出海洋表面没有覆盖物的遮挡，接受光照的条件较好，平均太阳能功率密度为168W/m²。太阳能主要集中在海水表面，海洋运载器在水面或者浅水航行时，可以通过太阳能电池板将光照转化为电能进行储存并供给海洋运载器使用。

美国Emergent Space Technologies公司发明的OASIS ASV3无人艇采取倾斜铺设太阳能板的方法，提高太阳能捕获能力，但静态结构环境适应性差，不能对太阳高度和方位的变化作出有效响应。

美国加州大学圣鲁克兹分校制作的太阳能水面机器人SeaSlug通过压载调节船体的横倾角，使其保持较好的光照入射角度。但这样的航行姿态会增加航行阻力。单纯改变横倾，并不能应对太阳方位以及船艏向的变化。

公开日2012年02月08日，公布号为102349164A,发明名称为“太阳能采集系统”，其中日光跟踪器能够有利地使得光电面板，热日光面板或日光集中器朝着太阳的光线定向。但此发明用于田地，即固定于大地上，并不用考虑海上海洋运载器航向改变，对太阳相对方位角的变化。

以上发明，皆未考虑海洋环境扰动对海洋运载器的影响。例如，海上持续的强风会影响海洋运载器的姿态，太阳能板姿态的偏移对太阳能的捕获影响巨大。需要一种补偿装置，补偿太阳能板位姿的变化。因此，设计一种面向海洋运载器太阳能捕获的自动姿态调节装置与控制方法，可保证海洋运载器在不同航向、不同时刻和不同地点时太阳能板平面接受太阳光的直射，且面对持续强风干扰时太阳能板位姿相对大地坐标系保持恒定，提高太阳能的捕获能力，进而提升海洋运载器设备的续航力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向海洋运载器太阳能捕获的自动姿态调节装置与控制方法，保持太阳能板接受太阳光直射，保持海洋运载器和太阳能板的相对姿态恒定，以增大太阳能的捕获能力。

本发明的目的是这样实现的：

面向海洋运载器太阳能捕获的自动姿态调节装置，由四个垂向杆件和四个水平杆件组成，每个垂向杆件分别与两个水平杆件相连，垂向杆件是能够伸缩的，水平杆件中间有弹簧连接。

面向海洋运载器太阳能捕获的自动姿态调节控制方法，包括以下步骤：

(1)将《太阳高度方位表》数据电子化，作为数据库调用，通过GPS得出海洋运载器当前的时间、经度和纬度，通过罗经获取当时海洋运载器航向，推算太阳能捕获装置的最佳姿态角；

(2)计算太阳能捕获装置期望位姿和实际位姿的差值，若大于阈值e₁，则通过自动姿态调节装置朝着期望位姿调整；