[发明专利]冗余并联跟踪机构在混合电机工况下的驱动力优化方法

说明书

本申请提出一种冗余并联跟踪机构在混合电机工况下的驱动力优化方法，属于能源与机器人交叉技术领域。该方法利用虚功原理建立冗余并联构型跟踪机构的动力学模型；通过线性代数与几何方法将冗余跟踪机构的无穷多组动力学解转化为关于力矩分配参数的线性表达，从而可以得到关于力矩分配参数的瞬时功率表达式；由于跟踪机构具有运行速度、加速度极小的特点，在接近一半的运行过程中电机均是以发电机形式工作，而在既定轨迹下，电机工作状态取决于各电机的驱动力矩方向。本申请能够有效降低冗余并联构型跟踪机构的能量消耗，对大规模太阳能发电站中冗余并联构型跟踪机构的应用具有重要价值。

技术领域

本申请属于能源与机器人交叉技术领域，特别涉及一种用于冗余并联构型跟踪机构在混合工况下以能耗最低为目标的驱动力优化的问题。

背景技术

太阳能作为一种新型能源，与传统的化石能源相比，具有清洁、可再生的特点，与同为清洁能源的风能、潮汐能等相比，大量使用情况下对生态的影响较小。基于上述优点体现出的巨大潜力，一个世纪以来世界各国对太阳能技术进行了大量研究，太阳能电池板被广泛的应用于人民日常生活之中。但是发电站级的实际应用极少，究其原因是太阳能设备的成本较高。

除降低成本外，另一种解决该问题的思路是增加产出。两自由度跟踪机构可以使抛物面聚光镜始终正对太阳，使阳光经抛物面反射后汇聚到焦点处的集热装置上，从而保证最高的吸收效率。然而跟踪机构自身的运动也需要消耗能量。在聚光集热系统及跟踪路径都确定的情况下，单个机构吸收的太阳能为一定值，因此，减小跟踪机构自身的能量消耗可以增加跟踪机构的净产出。

冗余并联构型跟踪机构较之于串联跟踪机构，具有更高的刚度和有效载荷重量比，并且可以利用支链的配重效应降低能量消耗。冗余并联构型跟踪机构较之于非冗余并联构型跟踪机构，具有更大的工作空间，可以实现对太阳的完整跟踪，延长能量吸收时长，增加能量产出。而冗余并联机构的动力学解有无穷多组，采取不同的驱动力分配方案机构消耗的能量也不相同。同时，跟踪机构具有运行速度、加速度极低的特点，电机的输出功率较小，能量消耗主要来自于电机线圈发热的损耗，这又与驱动力的分配密切相关。因此，进行冗余并联构型跟踪机构的驱动力优化可以降低跟踪机构的能量消耗，对建设大规模太阳能发电站具有重要的意义。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的一个目的在于提出一种冗余并联跟踪机构在混合电机工况下的驱动力优化方法，可以有效降低跟踪机构的能量消耗。

为达上述目的，本申请一方面实施例提出了一种冗余并联跟踪机构在混合电机工况下的驱动力优化方法，包括：

建立冗余并联构型跟踪机构的动力学模型，并通过线性代数与几何方法将所述动力学模型的无穷多组动力学解转化为关于力矩分配参数的线性表达；

根据所述关于力矩分配参数的线性表达，确定所述关于力矩分配参数的瞬时功率表达式；

确定所述混合电机的多种工作状态组合，并针对所述混合电机的当前工作状态组合，根据所述瞬时功率表达式计算在所述当前工作状态组合下所述冗余并联构型跟踪机构的瞬时功率；

判断所述当前工作状态组合下所述冗余并联构型跟踪机构的瞬时功率，是否小于目标瞬时功率；

若否，则进入下一个工作状态组合下冗余并联构型跟踪机构的瞬时功率的计算，否则将所述当前工作状态组合下所述冗余并联构型跟踪机构的瞬时功率作为新的目标瞬时功率，并进入下一个工作状态组合下冗余并联构型跟踪机构的瞬时功率的计算；

从计算获得的多种工作状态组合下冗余并联构型跟踪机构的瞬时功率中，选取最小值，并根据所述最小值确定对应的力矩分配参数的最优值；

根据所述力矩分配参数的最优值和所述瞬时功率表达式计算最小范数解下对应的驱动力矩。