由于太陽運(yùn)行位置的變化基本上屬于斜坡輸入，僅采用比例微分調(diào)節(jié)器時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差ess＝1／K。增大系統(tǒng)的K值可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，但過大的K值會(huì)使系統(tǒng)的無阻尼自然頻率接近或大于單片機(jī)的采樣頻率，使系統(tǒng)失去穩(wěn)定性。積分項(xiàng)雖然可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，但一定條件下可能導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。

令Z（s）＝1，則原系統(tǒng)的特征方程不變，因而穩(wěn)定性不發(fā)生變化。令上式右端分子的零階和一階項(xiàng)的系數(shù)為零，則斜坡輸入的穩(wěn)態(tài)誤差為零?！　?p>設(shè)L（s）＝L0＋L1 s，代入上式右端分子，可得：

由于補(bǔ)償通道消除了系統(tǒng)的靜態(tài)誤差。主通道不再需要安排積分環(huán)節(jié)消除穩(wěn)態(tài)誤差，成為比例微分控制，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)于不同的被控對(duì)象，可以選用不同的L1、k1和Td值，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性得到保證。這種參數(shù)的調(diào)整非常簡(jiǎn)便，體現(xiàn)了數(shù)字控制的優(yōu)越性。

對(duì)圖4虛框中的傳遞函數(shù)離散化時(shí)，可以將微分項(xiàng)用后向差分代替，算法非常簡(jiǎn)單。采用足夠小的采樣周期時(shí)，可以保證離散化后的系統(tǒng)不會(huì)失去穩(wěn)定性。單片機(jī)采用12MHz晶振時(shí)，定時(shí)器1溢出的周期約為87ms，具有50多萬個(gè)狀態(tài)周期［4］，足以完成簡(jiǎn)單的計(jì)算任務(wù)，而太陽在這樣短時(shí)間內(nèi)的位置移動(dòng)可以忽略不計(jì)。因此用定時(shí)器1溢出的周期作為采樣周期有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）可以滿足計(jì)算任務(wù)。對(duì)于試驗(yàn)系統(tǒng)的時(shí)效分析表明，控制計(jì)算所用的機(jī)時(shí)不及總機(jī)時(shí)的15％；

2）當(dāng)選取系統(tǒng)總增益K，使閉環(huán)系統(tǒng)的無阻尼自然頻率不高于1Hz時(shí)，可以使離散化方法保持穩(wěn)定和達(dá)到足夠的精確度。對(duì)系統(tǒng)的邏輯分析結(jié)果表明了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。

3　校正系統(tǒng)

上述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)雖然有很高的精確度，但是系統(tǒng)的位置反饋量仍然有可能產(chǎn)生誤差。而且由于位置反饋量的增量式算法，這種誤差不能通過編碼器檢測(cè)出來，因此可能形成累積誤差。這種累積誤差可以通過光學(xué)傳感器提供的偏差信號(hào)來進(jìn)行校正。

由于擾動(dòng)的存在，偏差信號(hào)總是會(huì)有所波動(dòng)，如果一旦偏差信號(hào)不為零就進(jìn)行校正，則使系統(tǒng)變?yōu)榱藗鞲衅骺刂?，與模擬系統(tǒng)相比不具備任何優(yōu)勢(shì)。對(duì)修正后的偏差信號(hào)設(shè)定一個(gè)死區(qū)，可以大大的減小偏差信號(hào)的波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)的跟蹤精度可以通過設(shè)定死區(qū)大小來保證。當(dāng)經(jīng)修正的偏差信號(hào)大于某給定值，即超出死區(qū)范圍，且傳感器B給出的參考信號(hào)反映的直射輻射強(qiáng)度不低于某一閾值時(shí)，啟動(dòng)誤差校正程序。設(shè)定閾值的目的是為了使系統(tǒng)在太陽直射輻射太弱，即太陽被遮擋時(shí)，不啟動(dòng)校正過程，避免了多云天氣盲目跟蹤云層邊沿的亮斑。校正過程分兩步實(shí)現(xiàn)：

1）用光學(xué)傳感器偏差信號(hào)代替圖4中的位置量反饋誤差E（s），組成反饋環(huán)，使偏差信號(hào)趨于0。

2）當(dāng)偏差信號(hào)達(dá)到零時(shí)，對(duì)輸出位置量賦值，使輸出位置量等于期望位置量，同時(shí)切換回原來的反饋系統(tǒng)，完成校正過程。

由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化，因此上述第一步形成的閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性不會(huì)發(fā)生變化。

4　結(jié)　論

1）可以利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)成本較低的數(shù)字化太陽跟蹤系統(tǒng)。

2）雖然經(jīng)過簡(jiǎn)化，在太陽跟蹤控制中，單片機(jī)系統(tǒng)具備較好的穩(wěn)定性，并能夠達(dá)到相當(dāng)好的精確度，同時(shí)具備模擬系統(tǒng)不具備的靈活性。

3）利用光學(xué)傳感器，單片機(jī)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)位置的自動(dòng)調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

［1］　William ALynch，Ziyad MSalameh．Simple electro－opti－cally controlled dual－axis sun tracker［J］．Solar Energy，1990，45（2）：65－69．
［2］　Soteris AKalogirou．Design and construction of a one－axissun－tracking System［J］．Solar Energy，1996，57（6）：465－469．
［3］　Leonard DJaffe．Testresults on parabolic dish concentra－torsfor solar thermal power systems［J］．Solar Energy，1989，42（2）：173－187．
［4］　孫涵芳．Intel16位單片機(jī)［M］．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999．