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《武汉纺织大学》 2016年
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3-RPS并联机构在追日光伏中的应用研究

董庆江  
【摘要】:随着国家政策对光伏发电的倾斜,我国的光伏发电的装机容量得以迅速增长。但传统的光伏设备多采用固定式安装,这种安装方式采用当地最佳角度,不具备追踪太阳的功能,减少了光伏发电量。虽然追日光伏设备早已开发出来,但因价格昂贵的原因影响了追日型光伏设备的推广,然而全方位追踪太阳,能更好的利用太阳能,追日型光伏设备也是光伏行业的发展方向。本文针对现有太阳追踪器刚度低、精度不高的缺点,将3-RPS并联机构引入追日型光伏支架中,并结合国家标准和行业标准等进行了方案设计,开展对廉价的全方位追踪系统的开发研究。论文对追日型光伏机构进行结构设计,分别建立了机构的运动学与动力学的数学模型和物理模型,通过MATLAB软件和ADAMS软件进行运动学和动力学仿真,得到并联机构的速度和加速度曲线图以及相关驱动副的驱动力曲线。通过两种模型所得的结果比对,验证模型建立的正确性,通过对特殊位置的动作仿真,验证了3-RPS并联机构可以应用在追日型光伏系统中。以并联机构作为追踪器的光伏追日发电,不但提高了系统的刚度,还达到了全方位追踪的功能,对追踪式光伏发电系统的推广起到了积极的作用。
【关键词】:3-RPS 并联机构 追日型 光伏发电
【学位授予单位】:武汉纺织大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM615;TK513.4
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 1 绪论9-17
  • 1.1 课题研究背景9-11
  • 1.2 太阳能跟踪器国内外研究现状11-13
  • 1.3 3-RPS机构的引入13-14
  • 1.4 课题研究的目的和意义14-15
  • 1.5 本文的主要内容15-16
  • 1.6 论文的结构16-17
  • 2 追日型光伏支架的设计17-26
  • 2.1 设计依据与技术指标17-19
  • 2.1.1 保山地区主要气象条件17-18
  • 2.1.2 其他气象条件18
  • 2.1.3 太阳能资源综合评述18-19
  • 2.2 太阳运行轨迹的描述19-20
  • 2.2.1 赤纬角19
  • 2.2.2 太阳高度角19-20
  • 2.2.3 太阳方位角20
  • 2.3 追日型光伏支架结构设计20-23
  • 2.3.1 光伏组件的选型20-22
  • 2.3.2 组件支撑的选型22-23
  • 2.3.3 模型的简化23
  • 2.4 跟踪控制系统的组成23-25
  • 2.5 本章总结25-26
  • 3 空间 3-RPS并联机构运动学分析26-40
  • 3.1 引言26
  • 3.2 位置和姿态的表示26-30
  • 3.2.1 位置的描述26-27
  • 3.2.2 方位的描述(XYZ欧拉角)27-28
  • 3.2.3 位姿的描述28
  • 3.2.4 坐标变换28-29
  • 3.2.5 齐次坐标和齐次变换29-30
  • 3.3 并联机构的结构及约束方程30-33
  • 3.3.1 并联机器人的结构30-31
  • 3.3.2 并联机构的约束方程31-33
  • 3.4 并联机构的运动学分析33-36
  • 3.4.1 基础知识的叙述33-34
  • 3.4.2 球副中心的速度与加速度34-35
  • 3.4.3 液压缸的速度与加速度35-36
  • 3.5 并联机构运动学的MATLAB仿真36-39
  • 3.6 本章总结39-40
  • 4 空间 3-RPS并联机构动力学分析40-50
  • 4.1 机器人动力学概述40
  • 4.2 几种常用动力学方程的比较40-45
  • 4.2.1 牛顿-欧拉方程40-41
  • 4.2.2 拉格朗日方程41-42
  • 4.2.3 凯恩方程42-45
  • 4.2.4 动力学方程的选择45
  • 4.3 动平台的动力学模型45-47
  • 4.3.1 上平台的广义力45-46
  • 4.3.2 液压缸的广义力46-47
  • 4.4 动力学方程的建立47-48
  • 4.5 动力学方程的MATLAB求解48-49
  • 4.6 本章总结49-50
  • 5 追日系统风载ADAMS仿真50-62
  • 5.1 风载数值计算50-53
  • 5.1.1 风载的概念50-51
  • 5.1.2 平均风载工程计算51-53
  • 5.2 平均风载对光伏系统稳定性的影响53-54
  • 5.3 考虑风载情况下追日系统的仿真54-60
  • 5.3.1 ADAMS软件简介54-55
  • 5.3.2 追日系统虚拟样机模型建立55-56
  • 5.3.3 追日系统的仿真56-60
  • 5.4 本章总结60-62
  • 6 总结和展望62-64
  • 6.1 论文总结62
  • 6.2 展望62-64
  • 参考文献64-67
  • 附录67-68
  • 致谢68

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