摘要：为提高太阳能板接收能量的效率，设计了一种日光垂直追踪系统的电机控制方法。该方法与传统的使用单片机控制的步进电机控制系统不同，其利用fpca实现对步进电机的控制。根据步进电机的运转特点，设计了步进电机控制算法，运用直接数字式频率合成器( dds)技术，实现了对步进电机在各种运行模式下加减速、正反转及精确定位的控制仿真，其性能稳定可靠。同时，利用fpca提供的可配置资源，在应用中，可以用同一块fpca芯片对多台电机进行控制，从而大幅度降低光伏发电的成本。采用fpca来实现的太阳追踪系统能有效提高太阳板的光电转化效率，并具有较广泛的应用前景。

  关键词：太阳追踪系统；步进电机；多电机控制

  中图分类号：tm383.6文献标识码：a文章编号：1673-6540(2010)03-0022-04

    太阳追踪系统是通过两组光电传感器（东西、南北各一组）传回的电压差信号经过微处理器的分析和计算，再利用微处理器输出的信号来对电机进行控制，从而使电机作相应调整，使太阳能电池板能够做接近于半球面的旋转来对太阳进行追踪，使太阳能电池板能够更多地接收太阳光辐射，实现对太阳能更加充分地吸收利用。

    当太阳垂直射到太阳能电池板上时，电池板吸收的光照疆度****。但是，传统的太阳能发电装置是将太阳能电池板固定在预先制作好的支架上，太阳能电池板只能面向一个方向，使太阳能的利用率大大降低。有鉴于此，研究设计了追日性能良好的太阳追踪发电系统，所设计出的装置，除了必须能承载太阳电池面板，也要能让面板在空间中做接近半球面的立体转动，如此才能完全追踪白天太阳在天空中的位置，从而可以使总体发电量得到提高。此系统可以提高照射能量密度，取得光照的****量，以及在相同的发电量下使用较少的太阳电池以降低发电成本，因此****研究发展前景。

  该系统所设计出的系统架构，使用两台步进电机作为驱动源来设计出追日性能良好的太阳追踪装置，此机构为能做接近半球面立体转动的太阳能发电系统。系统框图如图1所示。

  系统中，欲实现大阳能****效率的利用，关键是对步进电机的精确控制，从而达到对太阳的准确追踪。由于太阳能追踪系统要作接近半球的立体转动，因此步进电机在不同的时候需要作正转或反转运动；另外由于很难做到对太阳的实时追踪，这里采用的是间歇式追踪，当光电传感器传回的电压差值达到一定值时电机才进行姿态调整，使电机作定位运行。因此，作为太阳能追踪系统的重要组成部分，本文主要分析三相步进电机的控制系统。

    在目前的应用中，步进电机的控制和驱动大多采用单片机加上1块驱动芯片来实现。但是由于单片机本身资源的限制，一片单片机能够控制的电机数目有限，另外考虑到未来太阳能发电场的规模，为了尽可能地降低发电成本，有必要用一块芯片同时对多台电机进行控制，因此选用fpca来实现对电机的控制。

    系统中，涉及到两台步进电机，考虑到两台电机的控制机理是相同的，先设计一台电机的控制系统，另一台电机的控制系统可以直接在fpga中映射实现.

    系统设计中，在fpca中使用vhdl[6]语言编程实现步进电机的加减速、保持控制、正反转控制，以及对步进电机的精确定位，来实现系统对太阳的准确追踪。电机控制系统的顶层电路见图2。

    图2中，clk为时钟信号，此信号由fpga内部时钟信号分频获得；datain为频率控制字，改变datain的大小能够改变步进电机的速率；dir为步进电机转向控制信号；mode为步进电机运行模式选择信号，这里步进电机可作三相单三拍、三相双三拍、三相六拍转动；dw为定位起动信号；d为定位的步数；outputabe为三相波形输出。