自动跟踪系统在机械行业中的应用

2014-12-24王为周

山东工业技术 2014年21期

王为周，林密

（连云港远洋流体装卸设备有限公司,江苏连云港 222062）

自动跟踪系统是连续跟踪并测量运动目标轨迹参数的系统。提供运动目标的空间定位、姿态、结构行为和性能，是运动目标的多功能和高精度的跟踪和测量手段。自动跟踪系统可提供运动目标的空间定位、姿态、结构行为和性能，是运动目标的多功能和高精度的跟踪和测量手段。

1 自动跟踪系统的组成结构

自动跟踪系统包括控制系统、执行系统两部分，控制系统主要作用是跟踪太阳，根据跟踪方式的不同判断或运算太阳的位置，并将信息转变成执行指令，目前我国公认的最为精准的控制系统是视日轨迹跟踪系统、基于数字图像处理自动跟踪系统、混合跟踪系统和光电自动跟踪系统几大类。执行结构根据系统计算结果将太阳位置转化成信号发送或直接根据信号完成指令的发布并操作，它是调整平台跟踪结构的关键性部分，运行直接与系统跟踪精度相关，执行结构通常由传动结构和执行电机两部分组成。

2 方位传感器的设计方式

2.1 方案的选择

计算离地位置确定太阳位置，然后机械传动会将太阳电池板调至和太阳光线垂直的位置。把两个光敏元件两两人字形排列，测量光敏元件的电压差，控制电机的转动频率，使电机的转动能够面向太阳。光敏传感器的一致性极好，并随时间推移元件极易漂移，降低传感器精度，阴天时计算机会根据太阳位置进行计算，并将信号传递和执行，晴天时系统利用光学传感器跟踪，该传感器不仅具有电路简单的特性，同时传感器跟踪的进度和抗干扰性能也极佳，因此在机械行业中多采用此类设计方案。

2.2 传感器设计的原理

管状传感器管子和光线呈平行态势时光线能射进管子底部，扇形传感器光线沿扇形平面射入光线，在扇形和管状传感器底部均设置光敏三极管，其目的是检测有无光线射入传感器底部，工作过程中机械装置能够带动传感器先在垂直扇形平面的水平方向扫描，扇形传感器如检测出光时就可确定太阳水平方位，然后沿扇面垂直方向扫描，传感器一旦检测出光时就可以确定太阳高度角，将太阳方位传递给控制结构。

2.3 设计寻找太阳方位程序的方法

扫描控制传感器垂直方向和水平方向，直至传感器检测出太阳方位，扫描时首先应控制电机的转动，扫描水平方向并检测出扇形传感器态势，如扇形传感器的输出信号是1，则表示传感器检测到太阳方位。然后沿着垂直方向继续扫描，在扫描过程中同时检测传感器的态势，防止意外事故的发生而导致传感器偏移，无法准确查找到太阳的方位，采用该方式能够使传感器的扫描时间缩短，提高传感器工作效率。

2.4 手段调试检测程序的设计方式

程序在系统内部安装，安装是需调整传感器检测系统和初始位置，排查故障，设计过程中应符合实际情况，启动程序时按下2键进入调试状态，此时按住1键调试水平电机转动情况，按住2键控制电机转动情况，转动过程中黄安琪位置会实时传递到上位机并将结果显示出来，只有复位系统时才可以退出调试状态。

3 太阳能自动跟踪系统于机械行业中的应用

电视跟踪系统采用电视摄像机作为探测器，电视摄像机对视场内目标像进行光栅扫描，把光信号转换成电信号。全扫描目标像后经过计算，算出目标像的矩心作为目标跟踪点，称为矩心跟踪；算出帧间目标像的相关函数，选取相关系数最大点或者按照帧间目标像的匹配算法算出匹配函数最大点作为目标跟踪点，称为相关跟踪。

自动跟踪系统信息处理由简单处理向图像信息处理方向发展，由点跟踪向点跟踪和图像处理技术相结合方向发展,充分利用目标图像信息,提高抗干扰性能。电视跟踪器产生多个窗口，能同时跟踪视场内数字目标。多目标跟踪采用先求出各个目标中心，然后求出多个目标中心形成多边形的中心进行跟踪，也能由人工指定需要的某个目标进行自动跟踪。

光学跟踪的探测器向固态多元器件发展，线阵和面阵的可见光和红外电荷耦合器件的出现，提高了可靠性。光学跟踪系统结构简单可靠、成本低、功耗少、体积小和重量轻、隐蔽性好、角分辨率高和抗干扰性好；缺点是受大气影响大，不能全天候工作。

跟踪系统是上世纪70年代发展起来的。激光发射系统向目标发射激光束，由目标的表面漫反射或装在目标上的角反射器反射回来激光信号，经接收系统转换成比例于目标偏离光轴的角位置误差的电信号，送给伺服系统，驱动跟踪架，使跟踪架上光学系统对准目标。激光跟踪系统同无线电跟踪系统一样，靠接收本身发射能量来跟踪目标，又称主动式跟踪系统。接收探测器采用光电倍增管、硅光电二极管和光电雪崩二极管。

自动跟踪系统在机械行业中的应用十分广泛，其能源获取方式较为便捷，光电能量的转换装置较为简单，太阳能电池板的主要功能是利用砷化镓片和半导硅片将太阳光能转变为电能，可是此类方式的支持时间较为有限，在操作过程中主要仍依靠太阳能电池板转换电能，此类方式当前在机械行业中的应用已经较为常见。环境和目标特性多样化，使得自动跟踪系统采用多传感器，有无线电的,也有光学的,互补长短。同时增加识别能力，各传感器依置给度不同进行自动切换，构成智能自动跟踪系统。