太阳能热利用面积8亿平方米[4]。到2020年，年利用太阳能达标1.4亿吨标准煤以上。对太阳跟踪系统的设计和研究对于光伏发电，提高光电转换效率有重要意义。目前，提高太阳能利用效率的方法主要有两种。一是提高太阳能电池的光电转率，二是提高电池板接收效率，一是属于能量转换技术，二是属于跟踪技术。本文着重于方式二跟踪系统控制方案的研究。虽然目前对跟踪系统的设计已经有很大提升，但对跟踪系统的控制算法研究却很少。目前为提高系统跟踪性能有很多控制算法，如典型PID控制、滑模控制和模糊控制等。跟踪机构在随太阳位置变化而改变，但其变化角度小且干扰多，引入控制算法能提高系统性能，使跟踪机构更稳定的跟踪太阳轨迹。

1.4研究内容和所做工作

本课题以STM32F103RCT6单片机为控制核心对太阳能电站自动跟踪系统进行研究和设计。本文选择的跟踪机构为双轴跟踪，利用视日运动轨迹和光电跟踪相结合的跟踪方式，从高度角和方位角调整光伏板。该跟踪系统是一个闭环跟踪系统，能较好的实现全天候跟踪。课题主要研究以下方面内容：

（1）双轴跟踪系统的原理和可行性研究，跟踪策略选择。与固定式太阳能发电系统进行对比，双轴跟踪系统只有在选择合适的部件和的前提下才能实现最优。比较目前比较典型的跟踪器，设计较为合适的跟踪策略。

（2）太阳相对用户的位置计算研究分析太阳的运行规律，通过天文学知识，对用户和太阳的相对位置进行分析，推导两者位置关系的数学公式，从而通过实时时间和当地经纬度计算太阳的高度角和方位角，完成系统的基于视日运动轨迹的粗跟踪控制。

（3）光电传感器的研究和跟踪光电跟踪是对视日运动轨迹跟踪的精确，使系统实现大范围、高精度跟踪。光电跟踪模块直接决定整个系统的跟踪效果。根据传感器所测的数据判断光强并决定进行何种跟踪和是否进行跟踪，当为晴天时实行视日运动轨迹跟踪与光电跟踪结合；阴雨天气时，系统自动复位[1]。

（4）风力风向检测及自动规避由于太阳能常年处于室外，当出现大风时容易将整个系统破坏。为此，通过建立风力风向传感器受力模型，设计符合系统要求的传感器，实现对风力风向的检测，当风力大于某一阀值时，根据风向传感器所测数据进行实时规避，从而减小大风对整个系统的损坏。

（5）位置伺服系统控制算法设计和仿真对于跟踪机构控制系统设计是太阳能双轴跟踪的核心，控制算法合理性严重影响系统跟踪能力。故本课题主要针对光伏板位置设计位置伺服控制系统，根据光伏板的位置确定是否完成一次跟踪。该位置伺服系统是一个三闭环控制系统，通过对各环控制算法的设计实现整个控制系统算法设计并对其建立模型进行仿真分析。