基于ARM920T的太阳能电池板自动追光系统

仪器设备研制与应用基于 Ａ Ｒ Ｍ ９ ２ ０ Ｔ 的太阳能电池板自动追光系统郭文川 ， 周超超 ， 刘兴林 ， 夏田俊（ 西北农林科技大学 机械与电子工程学院 ， 陕西 杨凌 ７ １ ２ １ ０ ０ ）摘 要 为了提高太阳能电池板的工 作 效 率 ， 设 计 了 一 种 基 于 Ａ Ｒ Ｍ ９ ２ ０ Ｔ 平 台 的 太 阳 能 电 池 板 自 动 追 光 系统 。 系统以 Ａ Ｒ Ｍ ９ ２ ０ Ｔ 内核 Ｓ ３ Ｃ ２ ４ ４ ０ 处理器为控制器 ， 根据二维光位置敏感探 测 器 Ｐ Ｓ Ｄ 的 电 流 输 出 量 确 定电池板绕竖直轴和水平轴转动的方向和角度 ， 进而由 ２ 个步进电机驱动双轴跟踪系统 ， 以达到自动追光的目的 。 经测试表明 ， 该系统运行稳定 、 可靠 ， 具有良好的应用前景 。关键词 太阳能板 ； 追光系统 ； Ａ Ｒ Ｍ ９ ２ ０ ７ ； Ｐ Ｓ Ｄ中图分类号 Ｔ Ｋ ５ １ ３ 文献标志码 Ａ 文章编号 １ ０ ０ ２ － ４ ９ ５ ６ （ ２ ０ １ ２ ） ０ １ － ０ ０ ５ ６ － ０ ３Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｐ ａ ｎ ｅ ｌ ｓ ｕ ｎ － ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ａ Ｒ ＭＧ ｕ ｏ Ｗ ｅ ｎ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ ， Ｚ ｈ ｏ ｕ Ｃ ｈ ａ ｏ ｃ ｈ ａ ｏ ， Ｌ ｉ ｕ Ｘ ｉ ｎ ｇ ｌ ｉ ｎ ， Ｘ ｉ ａ Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｕ ｎ（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｗ ｅ ｓ ｔ Ａ＆ Ｆ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｙ ａ ｎ ｇ ｌ ｉ ｎ ｇ ７ １ ２ １ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ａ ｎ ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｐ ａ ｎ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ － ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ａ Ｒ Ｍ ９ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ｗ ａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｔ ｏ ｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｐ ａ ｎ ｅ ｌ ｓ ． Ｓ ３ Ｃ ２ ４ ４ ０ｗ ａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ． Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｓ ｏ ｆｔ ｈ ｅ ２ Ｄ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ （ Ｐ Ｓ Ｄ ） ， ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ｇ ｅ ｌ ｓ ａ ｔ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｔ ｈ ｅ ｈ ｏ ｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｘ ｅ ｓｓ ｈ ｏ ｕ ｌ ｄ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｅ ｄ ， ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ， ｗ ｅ ｒ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ｔ ｗ ｏ ｓ ｔ ｅ ｐ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｔ ｈ ｅ ｔ ｗ ｏ － ａ ｘ ｉ ｓ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｔ ｏｔ ｒ ａ ｃ ｅ ｓ ｕ ｎ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ． Ｒ ｕ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｈ ｏ ｗ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ， ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｈ ａ ｓ ｇ ｏ ｏ ｄ ａ ｐ －ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ．Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｐ ａ ｎ ｅ ｌ ； ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ｓ ｕ ｎ －ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ； Ａ Ｒ Ｍ ； Ｐ Ｓ Ｄ收稿日期 ２ ０ １ １ － ０ ７ － ０ ４ 修改日期 ２ ０ １ １ － ０ ８ － １ ６基金项目 陕西省省级人才培养模式创新实验区 （ 陕教高 〔 ２ ０ ０ ９ 〕 ４ ８ 号 ） ；西北农林科技大学 教 学 改 革 重 点 项 目 （ Ｊ Ｙ ０ ９ ０ １ ０ ０ ９ ） ； 国 家 大学生创新项目 （ ０ ９ １ ０ ７ １ ２ ３ ２ ）作者简介 郭文川 （ １ ９ ６ ９ ） ， 女 ， 陕西临潼 ， 博士 ， 教授 ， 主要从事智能化检测技术与装备 、 机电一体化等方面的研究 ．Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ｇ ｕ ｏ ｗ ｅ ｎ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ ６ ９ ＠ １ ２ ６ ． ｃ ｏ ｍ太阳能是地球上最直接 、 最普 遍 、 最清洁 、 也是资源最无限的能源 。 然而太阳能密度低 、 分散性大 、 不稳定性大以及空间分布不断变 化的缺 点 ， 使得太阳 能的利用率较低 。 如何提高太阳能的利用效率便成为国内外研究的热点 。 理论分 析表明 ， 太阳 的精确跟踪与非跟踪相比 ， 能量的接收率相差 ３ ７ ． ７ ％ ［ １ ］ 。 因此实现对太阳的精确 跟 踪 是 提 高 太 阳 能 利 用 率 的 有 效 途 径 之一 。 目前太阳跟踪的方式主要有光电式和机械式 。 光电式为被动跟踪 ， 其精度较低 ， 而 机械式为 主动跟踪 ，其原理是通过程序计算出太阳位 置 ， 控 制步进电机来跟踪太阳 。 目前国内大多数采用机械式进行跟踪 ［ ２ － ３ ］ ，但此法中因无检测机构 ， 使得累计误差逐渐增大 ， 效果并不十分理想 。 针对光电式和机械式太阳跟踪方法的不足 ， 本文提出一种基于 Ａ Ｒ Ｍ ９ ２ ０ Ｔ 内核 Ｓ ３ Ｃ ２ ４ ４ ０ 处理器和二维光位置敏感探测器 （ Ｐ Ｓ Ｄ ） 的太阳能电池板自动追光系统 ， 从而达到提高 太 阳能电池板工作效率的目的 。１ 追光系统硬件设计１ ． １ 硬件系统总体设计思路太阳能电池板自 动 追 光 系 统 的 硬 件 系 统 主 要 由Ａ Ｒ Ｍ ９ ２ ０ Ｔ 控制器 、 太阳能电池板 、 Ｐ Ｓ Ｄ 探测 器 、 步 进电机驱动器 、 步进电 机 、 双 轴 机 械 支 架 和 液 晶 触 摸 屏等组成 ， 如图 １ 所 示 。 由 Ｐ Ｓ Ｄ 探 测 器 检 测 太 阳 光 线照射到太阳 能 电 池 板 上 所 产 生 的 电 流 ， 将 电 流 送 给Ａ Ｒ Ｍ ９ ２ ０ Ｔ 控 制 器 中 的 Ａ Ｄ Ｃ 进 行 模 数 转 换 ， 由Ａ Ｒ Ｍ ９ ２ ０ Ｔ 判断太阳的位置 ； 然后送控制 量 给 步 进 电机驱动器以驱动步进 电 机 控 制 双 轴 （ 竖 直 和 水 平 轴 ）机械支架的转动 ， 达到 调 整 太 阳 能 电 池 板 的 姿 态 （ 即方向角和俯仰角 ） ， 从 而 使 太 阳 能 电 池 板 与 太 阳 光 线垂直 ， 使 太 阳 能 电 池 板 最 大 限 度 地 接 收 太 阳 能 。 为Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ １ ０ ０ ２ － ４ ９ ５ ６Ｃ Ｎ １ １ － ２ ０ ３ ４ ／ Ｔ 实 验 技 术 与 管 理Ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｍ ａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ 第 ２ ９ 卷 第 １ 期 ２ ０ １ ２ 年 １ 月Ｖ ｏ ｌ ． ２ ９ Ｎ ｏ ． １ Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ２了增加人机交互功能 ， Ａ Ｒ Ｍ ９ ２ ０ Ｔ 处理器 将 采 集 和 控制结果通过液晶触摸屏显示 。图 １ 系统硬件组成框图１ ． ２ Ａ Ｒ Ｍ ９ ２ ０ Ｔ 控制器系统中 处 理 器 采 用 韩 国 三 星 公 司 的 Ａ Ｒ Ｍ ９ ２ ０ Ｔ内核处理器 Ｓ ３ Ｃ ２ ４ ４ ０ ， 其包括了独立的 １ ６ｋ Ｂ 指 令缓存和 １ ６ｋ Ｂ 数据缓存 、 ＭＭＵ 和 Ｌ Ｃ Ｄ 控 制 器 、 Ｎ Ａ Ｎ ＤＦ ｌ ａ ｓ ｈ 启动加载器 、 存储管理器 、 ８ 通道 １ ０ 位 Ａ ／ Ｄ 控制器 、 １ ３ ０ 个 通 用 Ｉ ／ Ｏ 端 口 和 ２ ４ 个 外 部 中 断 源 。Ｓ ３ Ｃ ２ ４ ４ ０ 主要用于 采 集 由 Ｐ Ｓ Ｄ 探 测 器 输 出 的 光 线 位置 数 据 、 并 进 行 计 算 后 发 出 控 制 命 令 给 步 进 电 机 驱动器 。１ ． ３ 太阳能电池板和液晶触摸屏太阳能电池板选择深圳市欣明通太阳能科技有限公司生产的 Ｘ ＭＴ － Ｕ １ ０ 型单晶硅太阳能电池板 。 其标称功率 １ ０ Ｗ ， 峰值电压 １ ８ ． ０Ｖ ， 峰值电流 ０ ． ５ ６Ａ ， 开路电 压 ２ ２ ． ３ ０ Ｖ ， 短 路 电 流 ０ ． ６ ０ Ａ ， 尺 寸 ３ ５ ５ ｍ ｍ２ ９ ０ｍ ｍ ２ ５ｍ ｍ ， 质量 １ ． ４ｋ ｇ 。 选用 ８ ９ｃ ｍ （ ３ ． ５ 吋 ）液 晶 触 摸 屏 显 示 采 集 的 数 据 和 控 制 结 果 。 由 于Ａ Ｒ Ｍ ９ ２ ０ Ｔ 集成有 Ｌ Ｃ Ｄ 控制器 ［ ４ ］ ， 因此可以很方便将Ａ Ｒ Ｍ ９ ２ ０ Ｔ 与 Ｌ Ｃ Ｄ 相连 。１ ． ４ Ｐ Ｓ Ｄ 选型Ｐ Ｓ Ｄ 是一种新型横向光电效应器 件 ， 与光导 摄像管和固体摄 像 器 相 比 ， 具 有 不 存 在 测 量 死 区 、 分 辨 率高 、 响应速度快和外围电路简单等优点 ［ ５ ］ 。 本文 采用改良表面分割型二维 Ｐ Ｓ Ｄ ， 光敏面为长 ２ Ｌ 的正方形 ，其光敏面形状及电极位置如图 ２ 所示 。 其工作原理是当入射光照射到光敏面上某一 点 后 ， 光 生载 流子 在薄层中向四面八方流动 ， 可用 ２ 个正交分量 ， 即平行于 ｘ轴方向的分量 Ｉ ｘ 和平行于 ｙ 轴方向 的 分 量 Ｉ ｙ 表 示 电流 ， 且 Ｉ ｘ ＋ Ｉ ｙ ＝ Ｉ ０ （ Ｉ ０ 为 光 生 总 电 流 ） 。 根 据 各 个 电 极上所产生的 电 流 就 可 以 由 式 （ １ ） 和 （ ２ ） 计 算 出 光 点 在Ｐ Ｓ Ｄ 光敏面上的位置 （ ｘ ， ｙ ） ［ ６ ］ 。ｘ ＝ Ｌ （ Ｉ ｘ ２ ＋ Ｉ ｙ １ ） － （ Ｉ ｘ １ ＋ Ｉ ｙ ２ ）Ｉｘ １ ＋ Ｉ ｘ ２ ＋ Ｉ ｙ １ ＋ Ｉ ｙ ２（ １ ）ｙ ＝ Ｌ（ Ｉ ｘ ２ ＋ Ｉ ｙ ２ ） － （ Ｉ ｘ １ ＋ Ｉ ｙ １ ）Ｉ ｘ １ ＋ Ｉ ｘ ２ ＋ Ｉ ｙ １ ＋ Ｉ ｙ ２（ ２ ）式中 ， Ｉ ｘ １ 、 Ｉ ｘ ２ 、 Ｉ ｙ １ 和 Ｉ ｙ ２ 分别为 Ｐ Ｓ Ｄ 的各个电极的输出的电流 。图 ２ 二维 Ｐ Ｓ Ｄ 光敏面形状与电极位置图本系 统 选 用 上 海 欧 光 电 子 科 技 有 限 公 司 的Ｈ Ｙ ２ １ ２ １ 型二维 Ｐ Ｓ Ｄ 探测器 。 其主要参数 有效光敏面积 ２ １ｍ ｍ ２ １ｍ ｍ ； 分辨率为 ２ μ ｍ ， 光谱响应范围为 ３ ８ ０ ～ １ １ ０ ０ ｎ ｍ ， 响 应 时 间 为 １ μ ｓ ， 工 作 温 度为 － １ ０ ～ ６ ０ ℃ 。１ ． ５ 追光系统机械机构设计及电机选型１ ． ５ ． １ 追光系统机械机构设计本追光系统采用双轴跟踪方法 ， 即太阳能电池板通过绕竖直轴和水平轴独立动作而改变系统的方向角和俯仰角 。 本双轴自动追光系统的机械部分由太阳能电池板 （ 上 贴 有 Ｐ Ｓ Ｄ ） 、 Ｔ 型 支 架 、 凸 轮 、 连 杆 、 蜗 轮 蜗杆减速机构和 ２ 个步进电机组 成 ， 如图 ３ 所示 。 由步进电机 Ａ 经蜗轮蜗杆减速器减速后驱动 Ｔ 型支架 （ 上安装有竖直轴 ） 实现水平方向转动 ， 即 方位角的 调 整 。本系 统 中 涡 轮 蜗 杆 的 减 速 比 为 ４ ０ ％ 。 由 步 进 电 机 Ｂ带动凸轮机构使太阳能电池板绕水平轴转动而实现对俯仰角的调整 。 通过对步进电机的控制 ， 就可以达到对跟踪机构进行方向角和俯仰角的控制 ， 从而使太阳能电池板与太阳光线垂直 。 制作的太阳能电池板自动追光系统机械部分实物如图 ４ 所示 。１ ． ５ ． ２ 步进电机简介及其选型图 ５ 为步进电机驱动器电路图 。 步进电机是机电控制系统中常用的执行机构 ， 它的用途是将脉冲信号转化为角位移 。 即当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号时 ， 步进电机就转动一个步距角 。 选择步进电机时主要考虑电机最大速度 、 电机步距角和电机力矩 ３ 个参数 ［ ６ ］ 。 对本系 统 进 行 载 荷 分 析 后 ， 确 定 选 用 型 号 为５ ７ Ｂ Ｙ Ｇ Ｈ ５ ６ － ４ ０ １ Ａ 和 ５ ７ Ｂ Ｙ Ｇ Ｈ ９ ３ － ４ ０ １ Ａ 的 两 相 混 合 式步进电机 。 其主要参数 额定电压 Ｄ Ｃ ３ ． ６ ４Ｖ ， 额定电流 （ 相 ） ２ ． ８Ａ ， 步距角 １ ． ８ ， 最大保持力矩分别为 １ ． ２ ６Ｎ ｍ 和 ２ ． ２ １ Ｎ ｍ ， 定 位 转 矩 分 别 为 ０ ． ０ ５ Ｎ ｍ和 ０ ． ０ ７Ｎ ｍ ， 转动惯量分别为 ４ ． ８ １ ０ － ５ ｋ ｇ ｍ ２ 和７５郭文川 ， 等 基于 Ａ Ｒ Ｍ ９ ２ ０ Ｔ 的太阳能电池板自动追光系统图 ３ 双轴跟踪系统结构图图 ４ 太阳能电池板自动追光系统实物图５ ． ６ １ ０ － ５ ｋ ｇ ｍ ２ 。１ ． ６ 追光系统控制电路设计根据系统要求及步进电机型号选择步进电机驱动器 ， 并 设 计 相 应 的 硬 件 电 路 。 本 系 统 以 东 芝 公 司 的Ｔ Ｂ ６ ５ ６ ０ 驱动芯片为核心设计驱动电路 。 Ｔ Ｂ ６ ５ ６ ０ 耐压Ｄ Ｃ ４ ０ Ｖ ， 电 流 峰 值 ３ ． ５ Ａ ， 可 实 现 １ ／ ２ 、 １ ／ ４ 、 １ ／ ８ 、１ ／ １ ６ 等多种细分 。 设计的驱动电路主要包括步进电机驱动主电路 、 步进电机自动半流电路和步进电机控制信号隔离电路 ３ 部分 ， 其中步进电机驱动主电路见图 ５ 。２ 追光系统软件设计图 ６ 为太阳能电池板自动追光方法流程图 。 系统软件是 基 于 Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ ２ ． ６ 内 核 设 计 的 ， 其 中 Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ选用 Ｕ － Ｂ ｏ ｏ ｔ １ ． １ ． ６ 。 Ａ ／ Ｄ 转 换 和 步 进 电 机 驱 动 均 以模块方式加载进内核 ， 用 Ｑ ｔ 编写图形用户界面 Ｇ Ｕ Ｉ 。系统在 上 电 初 始 化 以 后 ， 在 Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ 下 执 行 Ｑ ｔ 应 用 程序后便开始自动追光 ， 以自动调整太阳能电 池板角度使太阳光线与太阳能电池板相垂直 。当太阳光线与太阳能电池板垂直时 ， Ｐ Ｓ Ｄ 的 ｘ 方向和 ｙ 方向的电流之差均 为 ０ ； 若 各 方 向 电 流 的 差 值不为 ０ ， 则需 调 整 各 轴 角 度 。 由 Ａ Ｒ Ｍ ９ ２ ０ Ｔ 自 动 采 集图 ５ 步进电机驱动器电路图图 ６ 自动追光方法流程图Ｐ Ｓ Ｄ 探测器的 ｘ 轴 和 ｙ 轴 方 向 的 ４ 个 电 流 （ Ｉ ｘ １ 、 Ｉ ｘ ２ 、Ｉ ｙ １ 和 Ｉ ｙ ２ ） ， 并计算 Ｉ ｘ １ － Ｉ ｘ ２ 和 Ｉ ｙ １ － Ｉ ｙ ２ ； 根据 Ｉ ｘ １ － Ｉ ｘ ２ 和Ｉ ｙ １ － Ｉ ｙ ２ 是大于还是小于 ０ ， 确定竖直轴和水平轴转动的方向 ； 然后控制该轴的步进 电机使其转动一定角度后再采集电流的差值 ， 确定下一 步转动方向 。 为了防止太阳能电池板不停地动作 ， 可设计一定的延时时间 ，如每隔 ２ ０ ｍ ｉ ｎ 采集一次 ， 或者设置一阈值 ， 当两端电流之差的绝对值大于该阈值时才使电机动作 。３ 结论本文设计 了 一 种 基 于 Ａ Ｒ Ｍ ９ ２ ０ Ｔ 和 二 维 光 位 置敏感探测器 Ｐ Ｓ Ｄ 的太 阳 能 电 池 板 自 动 追 光 系 统 。 利用 Ａ Ｒ Ｍ ９ ２ ０ Ｔ 中功耗低 、 体积小的 Ｓ ３ Ｃ ２ ４ ４ ０ 处理器检测安装在太阳能电池板上的 Ｐ Ｓ Ｄ 探测器的输出电流 ，从而判断竖直轴和水平轴转动的方向和角度 ， 通过电（ 下转第 ６ ５ 页 ）８５ 实 验 技 术 与 管 理图 ８ 相同广义雷诺数 、 不同撞击角时凝胶模拟液的液膜总体形状图４ 结论凝胶推进剂动力 系 统 是 导 弹 武 器 和 航 天 运 载 器发动机的发 展 方 向 之 一 ， 凝 胶 推 进 剂 的 高 效 流 动 雾化和燃烧是凝胶 推 进 剂 应 用 的 技 术 关 键 。 针 对 凝 胶推进剂流动 雾 化 实 验 研 究 中 出 现 的 技 术 问 题 ， 提 出了解决措施 。 实验 研 究 结 果 将 表 明 ， 解 决 方 法 有 效 ，成功应用于凝胶推 进 剂 的 流 动 、 雾 化 基 础 研 究 ， 更 加详细的研究结果 在 后 续 相 关 报 告 或 论 文 中 给 出 。 实验 系 统 及 实 验 方 法 也 可 为 其 他 非 牛 顿 流 体 类 似 的 研究提供参考 。参考文献 （ Ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ）［ １ ］ 禹天福 ． 胶体推进剂的研究与应用 ［ Ｊ ］ ． 导弹与航天运载技术 ， ２ ０ ０ ２（ ５ ） ３ ６ － ４ ３ ．［ ２ ］ Ｈ ｏ ｄ ｇ ｅ Ｋ ， Ｃ ｒ ｏ ｆ ｏ ｏ ｔ Ｔ ， Ｎ ｅ ｌ ｓ ｏ ｎ Ｓ ．Ｇ ｅ ｌ ｌ ｅ ｄ Ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｌ ｌ ａ ｎ ｔ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｔ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌＭ ｉ ｓ ｓ ｉ ｌ ｅ Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ［ Ｃ ］ ． Ａ Ｉ Ａ Ａ ， １ ９ ９ ９ ２ ９ ７ ６ ．［ ３ ］ Ｃ ｈ ｏ ｊ ｎ ａ ｃ ｋ ｉ Ｋ Ｔ ， Ｆ ｅ ｉ ｋ ｅ ｍ ａ Ｄ Ａ． Ａ ｔ ｏ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ Ｇ ｅ ｌ ｌ ｅ ｄ Ｌ ｉ ｑ －ｕ ｉ ｄ ｓ ［ Ｃ ］ ． Ａ Ｉ Ａ Ａ ， １ ９ ９ ４ ２ ７ ７ ３ ．［ ４ ］ Ｋ ａ ｍ ｐ ｅ ｎ Ｊ ， Ｍ ａ ｄ ｌ ｅ ｎ ｅ ｒ Ｋ ， Ｃ ｉ ｅ ｚ ｋ ｉ Ｈ Ｋ． Ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｆ ｌ ｏ ｗ ａ ｎ ｄ ｓ ｐ ｒ ａ ｙｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｇ ｅ ｌ ｌ ｅ ｄ ｆ ｕ ｅ ｌ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ ｒ ｅ ｇ ａ ｒ ｄ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍ ｐ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ ｊ ｅ ｔ Ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒｔ ｙ ｐ ｅ ［ Ｃ ］ ． Ａ Ｉ Ａ Ａ ， ２ ０ ０ ６ ４ ５ ７ ３ ．［ ５ ］ Ｍ ｃ Ｃ ａ ｂ ｅ Ｊ Ｄ ， Ｃ ｏ ｉ ｌ Ｍ Ａ．Ａ Ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｐ ｒ ａ ｙ Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ Ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒＧ ｅ ｌ Ｓ ｐ ｒ ａ ｙ Ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ［ Ｃ ］ ． Ａ Ｉ Ａ Ａ ， ２ ０ １ ０ ６ ８ ２ ３ ．［ ６ ］ 张蒙正 ， 杨伟东 ， 王 玫 ． 双 股 互 击 式 喷 嘴 凝 胶 水 雾 化 特 性 实 验 ［ Ｊ ］ ．推进技术 ， ２ ０ ０ ８ ， １ ９ （ １ ） ２ ２ － ２ ４ ．［ ７ ］ 张蒙正 ， 陈炜 ， 杨伟 东 ． 撞 击 式 喷 嘴 凝 胶 推 进 剂 雾 化 及 表 征 ［ Ｊ ］ ． 推进技术 ， ２ ０ ０ ９ ， ３ ０ （ １ ） ４ ６ － ５ １ ．［ ８ ］ 张蒙正 ， 左博 ． 幂 律 型 凝 胶 推 进 剂 管 路 中 的 流 动 特 性 ［ Ｊ ］ ． 推 进 技术 ， ２ ０ ０ ９ ， ３ ０ （ ２ ） ２ ４ ６ － ２ ５ ０ ．［ ９ ］ Ｋ ａ ｍ ｐ ｅ ｎ Ｊ ， Ｍ ａ ｄ ｌ ｅ ｎ ｅ ｒ Ｋ ， Ｃ ｉ ｅ ｚ ｋ ｉ Ｈ． Ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ Ｆ ｌ ｏ ｗ ａ ｎ ｄ Ｓ ｐ ｒ ａ ｙＰ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ Ｇ ｅ ｌ ｌ ｅ ｄ Ｆ ｕ ｅ ｌ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｒ ｅ ｇ ａ ｒ ｄ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ Ｉ ｍ ｐ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ Ｊ ｅ ｔ Ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒＴ ｙ ｐ ｅ ［ Ｃ ］ ． Ａ Ｉ Ａ Ａ ， ２ ０ ０ ６ ４ ５ ７ ３ ．［ １ ０ ］ 张惠军 ． 科氏力质量流量计在凝胶推进剂火 箭 发 动 机 试 车 中 的 应用 ［ Ｊ ］ ． 火箭推进 ， ２ ０ ０ ４ ， ３ （ ６ ） ５ ５ － ６ ０ ．［ １ １ ］ 沈崇棠 ， 刘鹤年 ． 非牛顿流体力学及 应用 ［ Ｍ ］ ． 北京 高 等 教 育 出版社 ， １ ９ ８ ７ ．［ １ ２ ］ Ｍ ｅ ｔ ｚ ｎ ｅ ｒ Ａ Ｂ ， Ｒ ｅ ｅ ｄ Ｊ Ｃ ． Ｆ ｌ ｏ ｗ ｏ ｆ Ｎ ｏ ｎ － Ｎ ｅ ｗ ｔ ｏ ｎ ｉ ａ ｎ Ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ ｓ Ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ －ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｌ ａ ｍ ｉ ｎ ａ ｒ ， Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｔ ｕ ｒ ｂ ｕ ｌ ｅ ｎ ｔ － ｆ ｌ ｏ ｗ Ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ｓ ［ Ｊ ］ ．Ａ． Ｉ ． Ｃ Ｈ． Ｅ ． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ Ｂ １ ， １ ９ ５ ５ ， １ （ ４ ） 櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍４ ３ ４ － ４ ４ ０ ．（ 上接第 ５ ８ 页 ）机驱动器控制电机驱动竖直轴和水 平 轴 的 转动 ， 从而达到实时自动追光的功能 。 试验表明 ， 该装置能 准确地实现上述功能 ， 且工作稳定 、 可靠 。 通过改变本设计系统中的太阳能电池板以及与之 匹 配 的 步 进电机 、 驱动器等 ， 可使该系统广泛地应用于工业 、 农业及科研等领域 。参考文献 （ Ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ）［ １ ］ 向平 ， 毕玉 庆 ， 程 建 民 ， 等 ． 基 于 Ａ ＲＭ 的 太 阳 跟 踪 控 制 系 统 设 计［ Ｊ ］ ． 计算机测量与控制 ， ２ ０ ０ ９ ， １ ７ （ ６ ） １ １ ０ ２ － １ １ ０ ５ ．［ ２ ］ 赵建钊 ， 史耀耀 ， 马健 ， 等 ． 智能型太阳能跟踪系统设计 与 实现 ［ Ｊ ］ ．电网技术 ， ２ ０ ０ ８ ， ３ ２ （ ２ ４ ） ９ ３ － ９ ７ ．［ ３ ］ 陈维 ， 李戬洪 ． 太 阳 能 利 用 中 的 跟 踪 控 制 方 式 研 究 ［ Ｊ ］ ． 能 源 工 程 ，２ ０ ０ ３ ， １ （ ３ ） １ ５ － １ ８ ．［ ４ ］ 冯凌 ． 基于嵌 入 式 的 野 外 导 航 定 位 系 统 的 设 计 ［ Ｊ ］ ． 农 机 化 研 究 ，２ ０ ０ ７ （ ８ ） １ ３ ７ － １ ３ ９ ．［ ５ ］ 田新启 ， 高亹 ． 二维 Ｐ Ｓ Ｄ 及其在轴系标高变化测试中的应用 ［ Ｊ ］ ． 传感器与微系统 ， ２ ０ ０ ９ ， ２ ８ （ ９ ） １ １ ５ － １ １ ７ ．［ ６ ］ 房玉明 ， 杭柏林 ． 基于单片机的 步 进 电 机 开 环 控 制 系 统 ［ Ｊ ］ ． 电 机 与控制应用 ， ２ ０ ０ ６ ， ３ ３ （ ４ ） ６ １ － ６ ５ ．５６王 枫 ， 等 凝胶推进剂流动雾化特性实验系统的改进及应用