Liu Wen, Zhouwang Ping, Wang Guodong

(Collège d'information et de contrôle, l'Université de Nanjing Information Engineering, Nanjing 210044, Chine)

: Pour le système de suivi solaire courant photoélectrique ne peut être atteint à une faible exposition au soleil et le suivi continu de temps nuageux et le suivi des problèmes de précision pauvres, a conçu un nouveau type de systèmes de suivi solaire. Le système utilise la première crémaillère Cline plateau tournant à la puce de contrôleur maître DSP en utilisant un capteur d'image CMOS au lieu de photocapteur traditionnel. Tout d'abord, DSP contrôle le capteur d'image de l'acquisition d'image, traitement en temps réel, et un positionnement précis du soleil centroïde, et calcul de l'erreur relative de l'image capteur centre du champ visuel, puis l'erreur commande floue PID adaptatif; le dernier génère un correspondant par le DSP EV onde oblique PWM pour commander le mode de réalisation de la boucle platine, le suivi en temps réel de haute précision du soleil. Selon l'analyse des données expérimentales, le système ne peut pas résoudre efficacement le problème du suivi continu du soleil, et le soleil grandement amélioré la précision de suivi.

: Poursuite solaire; axe diagonal, le DSP; PID flou adaptatif

: TP513.4 Code du document: A Numéro d'article: 0258-7998 (2014) 05-0024-04

systèmes d'énergie solaire sont largement suivi utilisé la production d'énergie solaire photovoltaïque, chauffe-eau solaire et d'autres domaines, le système est responsable de la commande d'un panneau solaire, d'un condenseur et d'autres dispositifs pour suivre automatiquement le soleil, pour améliorer l'concentrateurs d'énergie, etc. densité de dispositif de charge, augmentant ainsi le dispositif solaire utilisation. À la maison et à l'étranger principalement des méthodes de suivi du système de suivi à deux axes horizon sont principalement trois types de :( 1) en fonction de la trajectoire de style japonais, la façon dont l'avantage du temps, peut être la position à peu près bloquée du soleil, est insuffisante précision de suivi est pas élevé, produira des erreurs cumulatives, et donc perdre la trace, (2) un type photoélectrique, qui utilise un photodétecteur, tel qu'un capteur de lumière à quatre quadrants de manière à améliorer la précision de suivi de piste et de la sensibilité, mais la position de l'élément photosensible est monté avec un espacement, discontinuité existe de telle sorte que le suivi du soleil, alors que l'impact environnemental de mode grand par le temps, à faible irradiance et temps nuageux, ne peut pas maintenir un suivi précis même entraîner un mauvais fonctionnement de l'actionneur ; (3) en fonction mouvement de style japonais et une combinaison de manière photoélectrique que leurs mérites respectifs, de meilleures performances de suivi peuvent être obtenus, mais toujours en mode (2) défauts.

1 conception du système

Système Cline utilisant la table tournante, laquelle machine est représenté sur la figure 1. plate-forme oblique se compose d'un axe d'azimut de la scène à deux axes et l'axe oblique, l'axe d'azimut comme la direction verticale, l'axe oblique et coupant l'axe d'azimut de 45 °.

Un schéma de configuration d'ensemble du système représenté sur la Fig. Premier DSP principal contrôle du module de commande arithmétique le module d'acquisition d'image et l'image de l'image du soleil traitement à temps réel; soleil détermine alors une position centroïde du capteur d'image et le calcul de l'erreur par rapport au centre du champ de vision, puis l'erreur de la régulation PID adaptatif floue, la sortie correspondante PWM cycle de service, le dernier génère un droit cycle de sortie d'onde PWM à partir du DSP au module de commande de moteur correspondant, et le niveau de couple de l'aimant permanent est incliné mode de réalisation de l'orientation de commande de moteur de plateau rotatif, de sorte que le soleil reste au centre du centroïde du champ de vision du capteur d'image , la position du capteur d'image est monté sur le centre vertical des moyens de condensation, les moyens de condensation et, finalement, de réaliser avec précision et en temps réel le suivi en continu du soleil. module de communication sans fil de communication filaire par rapport à obtenir plus stable, non soumis à des restrictions environnementales pour contrôleur de communication série de DSP avec l'ordinateur hôte, pour obtenir une bonne interface homme-machine, de sorte que la surveillance du système, en ajustant la correction manuelle plus pratique.

2 conception matérielle du système

Image module d'acquisition 2.1

Compte tenu du capteur CMOS est compatible avec la technologie CMOS, à l'intégration de la puce de conversion A / N interne, ce qui simplifie la conception du module périphérique, afin d'améliorer l'immunité au bruit acquis, de sorte que le système utilise le capteur d'image numérique société U.S. Omni Vision CMOS OV7620 . Avant l'utilisation, la nécessité d'initialiser, configurer le protocole de bus SCCB en fonction de ses registres internes, son mode de fonctionnement est déterminée par le registre de configuration. cadencement de capture sur la base de la relation entre deux signaux de synchronisation VSYNC (synchro verticale) et le HREF (synchro horizontale) de l'image. DSP capture temps réel par les deux signaux de synchronisation, afin d'atteindre l'acquisition d'image effective, les données collectées sont stockées sous la forme d'un tableau à deux dimensions de la SRAM, comme représenté sur la Fig.

Module de commande de moteur 2.2

Le système utilise aimant permanent DC de haute précision couple suivi en temps réel du soleil. Circuit d'entraînement en ST L298N puce dédiée, qui puce comprend deux haute tension et haute conducteur en pont en H de courant constitué par le tube d'alimentation, et de faciliter les deux directions horizontales position inclinée de la commande du moteur, et une technique de modulation PWM, afin d'obtenir vitesse variable de la tension d'induit du moteur. Dans la pratique, en raison de la présence d'un faible à une forte connexion électrique, broche d'entrée L298N nécessite l'utilisation d'optocoupleur, utilisés dans la présente ISO7220 puces de TI. Le module de circuit de commande de moteur tel que représenté à la Fig.

3 acquisition d'informations de cible

En prévoyant capteur d'image OV7620, sortie d'image est collecté par une image monochrome, dont les valeurs sont stockées dans un tableau d'entiers à deux dimensions défini dans la SRAM. L'utilisation d'éléments de réseau de traitement DSP à ce qui est le traitement de l'image du soleil. L'information de destination l'acquisition d'un organigramme représenté sur la. figure 5.

3.1 débruitage

Débruitage Les méthodes couramment utilisées sont le filtrage moyenne et le filtrage médian, le filtre médian isolé filtre de suppression du bruit est plus forte que la moyenne, de sorte que le bruit pourrait être éliminé, pour obtenir un filtrage médian d'image lisse. Le principe de base du filtre médian est remplacée par la valeur médiane de l'image numérique avec un point dans une zone de valeurs de point pour chaque point .

Dans l'image numérique à deux dimensions ensemble {xij, (i, j) I2} représente la valeur de gris de chaque point de l'image, le filtre médian fenêtre de filtre à deux dimensions peut être défini comme A:

yij = {xij Meda} = {Meda xi + r, j + s, (r, s) A, (i, j)} I2 (1)

3.2 binarisation

L'image image de binarisation soleil spot de cible de l'objet et la séparation de l'image d'arrière-plan, fournissent une base pour l'identification précise et l'emplacement de traitement Sun Sun centroïde. La méthode la plus couramment utilisée est la méthode de segmentation de seuil qui est particulièrement adapté à un fort contraste entre les circonstances cibles et du fond, en vue de l'objet et l'image d'arrière-plan du soleil qui présente des caractéristiques fortes de contraste, le présent système utilise la méthode Otsu (sur OTSU algorithme) l'obtention seuil optimal de segmentation d'image .

l'image en niveaux de gris fournis niveau de gris est L, la plage de gradation est , en utilisant l'algorithme de seuil de l'image optimale OTSU:

Dans lequel, lorsque la valeur de seuil de division est T, w0, l'image d'arrière-plan w1 sont proportionnelles au rapport de l'image cible ,? 0,? Zi Zi Zi ordre de 1,? Pixel d'arrière-plan moyenne, le pixel cible moyenne et la moyenne de l'image entière, de telle sorte qu'une expression maximale T est le seuil optimal.

3.3 Connected Components d'étiquetage

Trouvé à l'essai proprement dit, le matériau de surface comme le ciel soleil nuages reflété dans une petite partie de l'image dans le capteur d'image, résultant en une matrice d'image à deux dimensions d'une pluralité de pixels continus de la région 1, un impact sérieux sur la reconnaissance des taches solaires et soleil barycentre précision de localisation. Un tel phénomène est introduit à cet effet traiter l'étiquetage composant connecté. Les nouvelles utilisations du système largeur d'abord l'algorithme de croissance de zone de terrain, l'image du soleil en tant que définition de la taille de la matrice dans la mémoire et les éléments du tableau de balises sont initialisées à zéro. Après la fin de l'algorithme, mémorisé dans le tableau de balises est un nombre entier de 0 au domaine de communication, où 0 représente l'image du soleil dans la matrice de pixels d'arrière-plan, d'autres valeurs représentées par l'image du domaine de communication de soleil codage matrice de pixels cible.

3.4 spot soleil Reconnaissance

(1) pour une traversée de la matrice de marque, nombre différent de 0 pour chaque domaine de communication codage Li (i = 1,2,3 ...) du réseau est le nombre de Ni, la valeur maximale de Ni correspondant codé Nk où Lk région connectée préliminaire considérée comme la région de la tache de soleil.

(2) Si nminNknmax, le nombre de pixels région spot de soleil est raisonnable, les capteurs d'image capturées ont une image plus claire du soleil, où nmin, nmax un nombre minimum de taches solaires de pixels avec et le nombre maximum (piste de mesure proprement dite). Au contraire, il indique que le soleil ne soit pas à la zone spot, le flux de traitement d'image de sortie.

(3) Enfin, la matrice d'image en deux dimensions de tous les pixels à l'exception de la région de la tache de soleil est mis à 0, afin d'obtenir qu'un seul point de pixels contigus de la région 1, la région qui est la région de la tache de soleil.

3.5 Emplacement Sun barycentre

Ce système utilise un barycentre de la piste cible pour obtenir un positionnement de . l'image binaire obtenue par le procédé décrit ci-dessus, la valeur de 1 tous les pixels dans l'image (une matrice d'image à deux dimensions d'éléments est égal à 1) sit marqués rangs: {(x1, y1), (x2, y2) ... (xn, yn) }, peut exprimer l'image barycentre coordonnées (x0, y0) comme:

3,6 obtention de l'erreur de suivi

Le système utilise une image capteur OV7620 set images capturées 400 × 300 format YUV, les coordonnées du centre du champ de vision du capteur d'image est déterminée (200, 150). La différence entre les coordonnées du centre de coordonnées centroïdes et les taches solaires de coordonnées domaine déterminé par le traitement d'image est le niveau de l'erreur de suivi de piste dans le sens de la hauteur.

Design 4 Système de commande floue

Compte tenu du fort couplage avec les caractéristiques non linéaires du système d'asservissement de suivi biaxialement, la conception du système d'un régulateur PID adaptatif floue. La structure du dispositif de commande représenté sur la figure 6. Le dispositif de commande qui est basé sur un contrôleur PID conventionnelle, la relation floue trouvée entre les trois paramètres et erreur système E et le changement de taux d'erreur de commande PID CE, en fonctionnement, en détectant en continu et E CE, en utilisant une commande floue l'algorithme et les paramètres PID KP, KI et KD selon la certaine optimisation à temps réel des règles de logique floue, afin de répondre aux différentes exigences de E et CE au contrôleur, améliorant ainsi les propriétés statiques dynamique d'objet commandé et . Le contrôleur utilise la mise en uvre de la conception DSP, une série de règles de commande floue pour le contrôle de la table de conversion en mode hors connexion pour les requêtes DSP en ligne.

4.1 déterminer la structure du régulateur à logique floue

D'après l'analyse ci-dessus pour le contrôleur, le contrôleur flou de deux entrées, le contrôleur trois soleil sortie centroïde par rapport à la vitesse de variation de l'erreur E et de l'erreur dans le champ de la caméra de centre de la vue de la CE en tant que variable d'entrée, un PID après le réglage des paramètres les trois paramètres KP, KI et KD en tant que sortie. Lorsque la formule d'optimisation des paramètres est:

Dans lequel le gain initial paramètre régulateur PID, la sortie régulateur PID adaptatif floue KD de paramètres de réglage.

4.2 déterminer les fonctions d'appartenance d'entrée / sortie

Le dispositif de commande des entrées de la plage d'erreur E et le taux de variation d'erreur sur le domaine EC de l'ensemble flou est: {--15, -10, -5,0,5,10,15}, la sortie du KP, KI et KD est sur les ensembles flous sont: {- 0,6, -0,4, -0.2,0,0.2,0.4,0.6}, {langue appropriée est un grand négatif (NB), dans la négative (NM), petit négatif (NS) zéro (ZO), petit positif (PS), au milieu (PM), CP (PB)}. les variables d'entrée / sortie à l'aide de fonctions d'appartenance des fonctions trigonométriques et S, qui, sous la courbe de la fig. 7,. la figure 8.

4.3 Règles de contrôle floues

Le noyau de règles de commande floue du contrôleur flou, la règle du contrôleur découle des enseignements tirés le raisonnement et le personnel technique du jugement d'experts, table de contrôle floue de réglage mis en place pour le contrôle PID KP, KI et KD 3 paramètres dans le tableau 1 montré .

Les résultats obtenus par l'inférence floue est un ensemble flou, et donc le centre de gravité de la méthode utilisée ici pour quantité de flou de clarté. Après l'affûtage du KP, KI et KD sont calculées par l'algorithme de régulation PID, pour donner la commande de sortie U, U et finalement convertis en le rapport cyclique final d'une commande de vitesse de moteur PWM en fonction d'une relation proportionnelle.

5 Design System Software

La conception du logiciel système est basé sur l'environnement de développement DSP intégré la plate-forme de développement du CSC et de la programmation modulaire en langage C terminée. Son principal flux de programme montré sur la Fig.

expérience 6

Système utilisant le plateau tournant de nuage dans le ciel couvert soleil et capturer son traitement d'image, les résultats montrés sur la Fig. 10, comme représenté sur la figure.

Dans la Fig. 11 (d) « + » indique que le dosage de centre régional de soleil. Les résultats montrent que, à faible irradiance et temps nuageux et peuvent être positionnés avec précision le système pour capturer les centres régionaux de soleil solaire. Afin de mesurer simultanément la continuité du système et la précision de suivi du soleil et d'autres caractéristiques du système pour suivre le soleil pendant 5 heures pour lire l'erreur de suivi une fois par minute et stocké en mémoire. En lisant les données de la mémoire, une courbe d'erreur de suivi de piste tracée comme représenté sur la Fig.

A été calculée, l'erreur de décalage des pixels horizontale moyenne de x est 0,362, un écart type de 0,354632; Y erreur de décalage de la direction de la hauteur moyenne est de 0,361 pixel, un écart type de 0,554598. Les données expérimentales et les observations expérimentales montrent résumé, le présent système fonctionne bien, présente une grande continuité et la précision de suivi de piste.

Dans cet article, le problème du système de suivi solaire photovoltaïque existante, la conception d'un nouveau type de systèmes de suivi solaire. L'essai expérimental, le système à faible tir d'irradiation et les conditions météorologiques nuageuses ne peut pas résoudre efficacement le problème du suivi continu du soleil, et d'améliorer considérablement la précision de suivi du soleil, en cours d'exécution en bon état, montrant la continuité et le suivi haute la stabilité, a atteint les objectifs attendus. Mais aussi d'améliorer encore l'efficacité des systèmes de concentration d'énergie solaire, a une bonne valeur d'usage de l'ingénierie, il est prévu d'appliquer dans le système de production d'énergie photovoltaïque à haute concentration.

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