28、可最小化风力影响的闭环控制器设计

可最小化风力影响的闭环控制器设计

1. 背景与研究概述

在太阳能资源丰富的地区，极端天气状况较为常见。抛物面太阳能跟踪器（PST）通常安装在开阔区域，常受到极端风力条件的影响，这可能会影响其效率和完整性。风力对PST的运行有三种主要影响形式：
- 由于风载荷导致的力使期望轨迹发生偏差，从而降低效率。
- 风速引起的对流现象导致温度损失。
- 临界风况可能对PST及其机械结构造成严重损坏。

本文研究了一种名为北风（NW）的极端风况对PST的影响。这种风况在墨西哥湾沿岸冬季很常见，风速可达22 m/s。通过稳态计算流体动力学（CFD）风流动分析技术，确定了在NW条件下不同方位角和仰角的PST气动系数。利用实验数据验证了CFD方法得到的模拟结果。最终，利用获得的气动系数实现以下目标：
- 建立用于动态分析和模拟的解析和数值模型。
- 设计可最小化风力影响的闭环控制器。
- 确定控制执行器的正确尺寸。

2. 抛物面太阳能跟踪器建模

2.1 物理参数与结构

PST采用铝合金1060设计和制造，有两个直流电机，分别产生两个扭矩（τ1, τ2）来控制底座的方位角θ和抛物面的仰角φ。其物理参数如下表所示：
| 参数 | 值 | 符号 | 单位 |
| — | — | — | — |
| 反射面积 | 10.10 | AT | m² |
| 焦距 | 1.67 | lf | m |
| 投影面积 | 4.59 | AP | m² |
| 总质量 | 2.32 × 10³ | mT | kg |
| 焦距与直径比 | 0.4