【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于太陽能高溫熱利用領域，具體涉及一種點聚焦太陽爐閉環控制方法。
技術介紹
1、點聚焦太陽爐是太陽能中高溫熱利用的重要形式之一，可將低密度太陽輻射能量高精度反射匯聚到較小區域，實現超高溫度(>2000℃)和極強的能流密度，能夠廣泛應用于材料、化工、燃料制取及發電等諸多領域的基礎和應用研究。由于點聚焦太陽爐的高參數特性，對太陽爐的跟蹤精度提出了更高的要求。因此，高精度太陽爐跟蹤控制是實現其高效運行的重要手段。
2、太陽爐跟蹤控制系統采用方位/俯仰雙軸驅動的方式控制定日鏡基于太陽運動軌跡，結合光學反射原理計算出定日鏡運轉所需方位角和高度角，從而實現對日自動跟蹤。經查閱（cn106766240b、cn107368101b）等相關專利得知，目前在太陽爐控制方面采用的方法有，一種是通過在定日鏡結構部件上安裝光電編碼器、傾角儀等測量傳感器測量定日鏡姿態信息，形成定日鏡跟蹤控制半閉環方法；但此方法只能減小定日鏡本體誤差，不能測量由定日鏡和二次反射鏡組成的整個系統誤差更無法準確確定反射光斑在吸熱器上的具體位置。還有一種是通過四象限的光線感應器，對日光是否直射進行感應，轉動控制裝置可以根據光線感應器的判斷對聚光裝置的角度進行調整，此方法對于碟式太陽爐適用但不適用于帶有二次反射的點聚焦太陽爐。而目前點聚焦太陽爐采用的是開環式控制方式，當出現光斑中心偏離吸熱器中心時，操作人員需憑借經驗修改定日鏡方位/俯仰初始角參數，發送給就地控制器控制定日鏡將此跟蹤誤差進行消除。此方法在實踐中效率低且無法實現實時消除跟蹤誤差，對操作人員的
技術實現思路
1、為了克服現有太陽爐開環控制方法存在的不足，本專利技術提供一種點聚焦太陽爐閉環控制方法，其實時、高效，不依賴于人工干預，實現自動完成。
2、太陽爐用二次聚光器用單元反射鏡一般為長方形或正方向，其面形可近似認為是一球面。利用球面反射鏡的幾何光學性質，即平行光束經反射鏡反射后匯聚至焦點處：在二次聚光器反光面主光軸處放置ccd相機，拍攝放置在二次聚光器焦平面焦點處的吸熱器上的反射光斑，通過圖像處理計算光斑中心與吸熱器中心偏差，反饋給定日鏡就地控制器進行光斑位置糾偏，直至光斑中心與吸熱器中心偏差小于設計閾值。
3、為達到上述目的，本專利技術采用的技術方案為：
4、本專利技術提供一種點聚焦太陽爐閉環控制方法，包括如下步驟：
5、步驟1、確定點聚焦太陽爐工作的地理位置，定日鏡和二次聚光器呈正南正北布置，定日鏡置于在二次聚光器的北側，吸熱器位于兩者之間；將二次聚光器豎直安裝固定，使其主光軸平行于地面；
6、步驟2、將吸熱器中心安裝在二次聚光器的焦點處，使吸熱器平面與二次聚光器的焦平面重合；
7、步驟3、在二次聚光器中心處安裝圖像采集設備，使圖像采集設備朝向吸熱器的方向且相機鏡頭平面垂直于水平面；最終使得吸熱器中心，圖像采集設備的鏡頭中心都位于二次聚光器的主光軸上；
8、步驟4、計算機連接圖像采集設備，通過計算機設置圖像采集設備的參數：光圈、焦距、曝光量，使得圖像采集設備采集到由二次聚光器反射到吸熱器的光斑圖像，傳輸給計算機；
9、步驟5、計算機發送自動跟蹤指令至定日鏡就地控制器控制定日鏡自動跟蹤太陽，太陽輻射經定日鏡反射至二次聚光器后匯聚反射至吸熱器；計算機控制圖像采集設備實時采集吸熱器的光斑圖像；
10、步驟6、計算機將圖像采集設備采集的光斑圖像，經過圖像處理計算光斑的中心位置o’與吸熱器的中心位置o的水平方向偏差與垂直方向偏差δx、δy，由計算機將光斑在水平方向偏差與垂直方向偏差發送至定日鏡就地控制器控制定日鏡調整光斑的中心位置o’回到吸熱器的中心位置o；
11、步驟7、經過步驟6得到的光斑7的中心與吸熱器的中心偏差圖像，經過計算機的圖像處理與計算得出新的偏差量δx’，δy’并與設計的閾值進行比較；若偏差大于閾值則表示跟蹤誤差較大，則繼續基于新計算的偏差量進入步驟6；
12、重復以上步驟6、步驟7循環直至光斑在水平方向偏差與垂直方向偏差小于設定閾值，表明跟蹤誤差滿足要求，完成閉環控制。
13、進一步地，將圖像采集設備安裝在二次聚光器的主光軸處使其鏡頭朝向吸熱器，圖像采集設備的光軸平行于地面；且圖像采集設備的光軸與二次聚光器的主光軸重合；吸熱器安裝在二次聚光器的焦平面焦點處，吸熱器平面垂直于地面；二次聚光器主光軸、吸熱器的中心、圖像采集設備中心處于同一條線，且處于同一高度。
14、進一步地，所述二次聚光器的反光面形狀是球面或旋轉拋物面；所述吸熱器形狀是正方形、長方形或圓形。
15、進一步地，所述圖像采集設備是ccd相機或數碼相機。
16、有益效果：
17、1、本專利技術中太陽爐閉環控制方法不依賴于人工干預，實現自動完成；
18、2、本專利技術中不影響點聚焦太陽爐的正常運行；
19、3、本專利技術中基于圖像處理技術，實現太陽爐的實時、高效閉環控制。
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1.一種點聚焦太陽爐閉環控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.按照權利要求1所述的一種點聚焦太陽爐閉環控制方法，其特征在于，將圖像采集設備安裝在二次聚光器的主光軸處使其鏡頭朝向吸熱器，圖像采集設備的光軸平行于地面。
3.按照權利要求2所述的一種點聚焦太陽爐閉環控制方法，其特征在于，圖像采集設備的光軸與二次聚光器的主光軸重合。
4.按照權利要求1所述的一種點聚焦太陽爐閉環控制方法，其特征在于，吸熱器安裝在二次聚光器的焦平面焦點處，吸熱器平面垂直于地面。
5.按照權利要求4所述的一種點聚焦太陽爐閉環控制方法，其特征在于，二次聚光器主光軸、吸熱器中心、圖像采集設備中心處于同一條線，且處于同一高度。
6.按照權利要求1所述的點聚焦太陽爐閉環控制方法，其特征在于，所述二次聚光器的反光面形狀是球面或旋轉拋物面。
7.按照權利要求1-6之一所述的點聚焦太陽爐閉環控制方法，其特征在于，所述圖像采集設備是CCD相機或數碼相機。
8.按照權利要求1所述的點聚焦太陽爐閉環控制方法，其特征在于，所述吸熱器形狀是正方形
...【技術特征摘要】
1.一種點聚焦太陽爐閉環控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.按照權利要求1所述的一種點聚焦太陽爐閉環控制方法，其特征在于，將圖像采集設備安裝在二次聚光器的主光軸處使其鏡頭朝向吸熱器，圖像采集設備的光軸平行于地面。
3.按照權利要求2所述的一種點聚焦太陽爐閉環控制方法，其特征在于，圖像采集設備的光軸與二次聚光器的主光軸重合。
4.按照權利要求1所述的一種點聚焦太陽爐閉環控制方法，其特征在于，吸熱器安裝在二次聚光器的焦平面焦點處，吸熱器平面垂直于地面。
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱會賓，雷東強，孫飛虎，
申請(專利權)人：中國科學院電工研究所，
類型：發明
國別省市：
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