基于步進電機細分驅動的太陽能自動跟蹤系統的設計

在階梯波中，電池板轉動小角度所需要的時間相對于數分鐘的等待時間來說是非常短暫的，所以忽略電池板轉動所需要的時間。系統的跟蹤過程為：每隔4．5分鐘計算出高度角差值，除以半步步距角0．9°，得到所需脈沖數，由于脈沖只能是整數，所以對所得數據進行四舍五入處理，將得到的脈沖數發送使步進電機帶動電池板轉動。
跟蹤的最大誤差是9．14°，平均誤差是3．96°。通過實驗發現，步進電機在沒有采用細分驅動時震動和噪聲比較大，每一個脈沖的旋轉角度誤差是比較大的，由于仿真中是假定此時一個脈沖使步進電機旋轉0．9°，所以實際的要比理想化的跟蹤誤差要偏大。
不考慮反饋，出現累積誤差，配上傳感器電路作為反饋修正，可消除部分累積誤差，但是步進電機的最小旋轉角度是0．9°，對于諸如1．3°，2．4°這樣的離0．9°的整數倍較遠的角度偏差改良效果不佳，所以用光電傳感器電路進行反饋時對跟蹤精度的改良效果也十分有限。
此時電池板的等待間隔時間至少是4．5分鐘，在這段時間內電池板的角度是不變的，但是太陽高度角是一直在變化的，所以等待時間越長，則電池板采集太陽能的效率就會越低。
3．2 自動跟蹤采用細分驅動
間隔1．5分鐘，采用32細分高度角跟蹤圖如圖8所示，其跟蹤過程與圖7類似。采用32細分驅動，0．0563°／步，間隔時間縮短，跟蹤的最大誤差是1．25°，平均誤差是0．9°。由圖8可知，跟蹤誤差比不采用細分驅動時明顯減小，精度提高，細分驅動后步進電機運行穩定，每個步進精度接近于0．0563°，采用傳感器電路進行反饋補償后可進一步提高跟蹤精度，此時的補償效果優于一般驅動。
間隔1．5分鐘，64細分高度角跟蹤圖如圖9所示，其跟蹤過程與圖7類似。跟蹤的最大誤差是0．4°，平均誤差是0．16°。64細分驅動后精度比32細分進一步提高，并且64細分驅動時還可進一步縮短間隔時間。對于一般的實際應用來說，64細分，間隔1．5分鐘，再配以光電傳感電路進行角度反饋補償是完全能滿足太陽能自動跟系統的精度要求。

基于縮短等待間隔時間，傳感器對小角度補償時誤差減小和步進電機運行穩定三方面來考慮，太陽能自動跟蹤系統中步進電機驅動應采用細分驅動，這樣可以大幅提高跟蹤精度，充分利用太陽能資源。

4 結束語
文中設計以單片機為核心的太陽能自動跟蹤系統，系統為雙軸跟蹤，能自動檢測晝夜和判斷天氣狀況。自動跟系統采用預先計算好的太陽位置進行自動跟蹤，晴天時光電傳感器對可能出現的誤差進行修正，減小跟蹤誤差。深入地分析比較系統中步進電機驅動采用一般驅動與細分驅動對跟蹤精度的影響，得出結論，與采用一般驅動方法的系統相比，采用步進電機細分驅動的太陽能自動跟蹤系統跟蹤精度高，有效地提高太陽能利用率。