定日鏡陣列控制器是指根據中央控制系統（MCS）的指令要求，協調聚光場中各個定日鏡工作的控制設備。
基本介紹
- 中文名：定日鏡陣列控制器
- 外文名：heliostat array controller
- 一級學科：工程技術
- 二級學科：電力技術
- 作用：協調聚光場中各個定日鏡工作
- 特點：接受中央控制系統的指令要求
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定義
根據中央控制系統（MCS）的指令要求，協調聚光場中各個定日鏡工作的控制設備。
組成
定日鏡陣列控制器主要是由反射鏡面、支撐裝置、傳動裝置、跟蹤裝置以及控制器組成；控制器採用DSP處理器；跟蹤裝置採用視日跟蹤，由視日運動軌跡軟體計算太陽的高度角和方位角，作為電機驅動部分的輸入；DSP處理器控制步進電機1和步進電機2，步進電機1控制反射鏡的水平運動，步進電機2控制反射鏡的垂直運動；DSP處理器經過光耦隔離和逆變器處理後能夠直接驅動電機；傳動裝置包括整流濾波模組和電流感測器模組；以實現通過對太陽的跟蹤，並且將陽光精確的反射到某一固定位置；能夠使光伏電池的接收率大大的提高，從而能有效的、更充分的利用太陽能資源，拓寬了太陽能的套用領域。
定日鏡控制器功能需求
定日鏡的控制系統實際上是一個雙軸跟蹤系統。由當前鏡場所需要的狀態，控制定日鏡鏡面到達指定的位置。在定日鏡實際運行中，鏡場對定日鏡有多種控制狀態與功能需求：
1、首先需要有能全自動精確跟蹤太陽運動軌跡的功能，其控制要求在將在後面詳述；
2、在安裝、機械加工時以及長期運行後，由於地基沉降、機械變形等所帶來的累計誤差是需要進行外部校正的，這就要求定日鏡有自動校準功能;
3、鏡面長期暴露在外，積滿的塵土會嚴重影響入射光線的反射效率，必須要定期的清洗因此要求定日鏡能自動進入清洗時的位置狀態;
4、在一天日落以後，定日鏡要回到初始位置，以便第二天能快速跟蹤到太陽以及防止夜間可能出現的天氣情況等，因此要求定日鏡有自動歸位狀態。
控制方案的設計
該方法分為如下幾個步驟:首先由天文學公式，在已知當地準確的時間和經緯度的條件下，通過天文學計算獲得太陽入射光線的方位角與高度角;然後再根據定日鏡與集熱器的相對位置關係，計算求得將光線反射到集熱器的定日鏡鏡面理想法線角度:最後由控制系統根據計算結果，驅動電機對鏡架機械支撐系統的轉角進行調整，使得鏡面達到該位置。
該方法是一種開環控制系統。控制時只是根據數學計算設定了鏡面的角度，並沒有對鏡面的實際位置進行檢測和反饋調整，使用中容易受到標定精度、地基沉降、機架變形和累積誤差等因素的影響。
針對該方法的弊端，為了對鏡面的實際位置進行檢測和反饋調整，需要在鏡面上安裝角度感測器，將其反饋信號與給定目標角度進行比較，進而對跟蹤偏差進行校正，從而形成閉環控制。
另外，為了能直接檢測太陽入射光的高度角與方位角，可以在鏡場中安裝高精度的太陽入射光線檢測儀，將其數據通過網路廣播給定日鏡控制器。由於地球離太陽較遠，而且地球直徑較小，可以認為太陽光線是從同一個方向入射到鏡場中的，因此鏡場中只需安裝1台檢測儀，提高檢測精度的同時，也有效的降低了鏡場成本。
定日鏡
當鏡面以周日運動的速度作跟蹤運動時，太陽光或星光被反射到極軸方向，然後直接或經輔助平面鏡反射入固定的望遠鏡。與定天鏡相比，它的主要優點是不用導軌，結構簡單緊湊。光線入射角在跟蹤過程中變化很小，一天以內儀器偏振近於常數，有利於太陽表面磁場橫向分量的測量。主要缺點是反射天區（即視場）以周日速度旋轉，觀測有視面天體時，需補償這種視場旋轉。此外，由於冬季太陽光入射角較大，因此對鏡面精度的要求比定天鏡更高。美國基特峰天文台的太陽塔，採用的口徑二米的定日鏡，是世界上最大的。它還用於觀測恆星和行星的光譜。
研究目的
鏡場中定日鏡的控制問題有其與眾不同的特點:難點是反射鏡的數量多且物理位置比較分散，使得控制系統的迴路規模大，且電纜布置成本較高。優點是各個反射鏡控制迴路的功能雷同，且單個鏡子的控制任務比較簡單，又使得系統存在簡化的可能性。近年來隨著嵌入式控制技術和網路通訊技術的發展，為定日鏡鏡場的自動控制，提供了一種新的思路和手段。在這種系統中，可以為每個反射鏡安裝一套低成本的嵌入式控制器，用於實現基本的鏡架運動控制功能，該控制器可直接安裝在現場的鏡架上。各個鏡架的控制器再通過工業通訊匯流排連線在一起，每個控制器通過網路獲得當前的太陽方位、準確時間、天氣情況和其它指揮指令，獨立實現單個鏡子的太陽跟蹤控制功能。
採用這種方式後，重複性強但運算量巨大的底層控制任務（鏡面角度計算、電機速度控制、方位角檢測等），被大量的嵌入式控制器分擔，有效的降低了DCS系統負荷；現場設備和DCS之間的信號傳輸採用通訊網路，使得電纜鋪設成本大幅下降，在有些套用實例中可以降到1%以下；由於嵌入式控制器可以在現場完成信號的採集和控制指令的輸出功能，所以對DCS系統I/O卡件的需求也大幅度下降，有效降低了DCS系統的規模和成本。
