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清华大学学报(自然科学版)  2019, Vol. 59 Issue (4): 284-290    DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.058
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一种并联式太阳能聚光器二轴跟踪机构能量消耗
于振洋, 吴军, 张彬彬
清华大学 机械工程系, 精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室, 北京 100084
Energy consumption of a two-axis solar tracker with redundantly actuated parallel mechanism
YU Zhenyang, WU Jun, ZHANG Binbin
Beijing Key Lab of Precision/Ultra-precision Manufacturing Equipment and Control, Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
全文: PDF(1612 KB)  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 该文针对传统太阳能聚光器二轴跟踪机构刚度低、能量消耗大等问题,提出一种具有驱动冗余的并联式太阳能聚光器跟踪机构,并研究其动力学建模方法及能量消耗。首先基于跟踪机构的运动学模型,利用虚功原理推导其动力学模型;然后规划跟踪机构跟踪太阳运动轨迹,并分析其跟踪太阳运动过程中驱动力变化以及能量消耗;最后比较该驱动冗余并联跟踪机构与其对应的非冗余跟踪机构在相同运动条件下的驱动力以及能量消耗。仿真分析结果表明:该文提出的跟踪机构具有高刚度、低能耗的优点。
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于振洋
吴军
张彬彬
关键词 跟踪机构并联机构驱动冗余动力学能量消耗    
Abstract:The traditional two-axis solar tracker with serial mechanism has low stiffness and large energy consumption. To overcome these disadvantages, a two-axis solar tracker with redundantly actuated parallel mechanism is proposed and its energy consumption is investigated. Based on the kinematic model of the two-axis solar tracker, the dynamic model is derived by using the principle of virtual work. By taking Beijing as a sample city where the tracker is placed, the trajectory planning of the tracker is investigated. The driving force and energy consumption of the solar tracker and its corresponding nonredudnant counterpart in spring equinox are compared. The proposed solar tracker has high stiffness and low energy consumption.
Key wordssolar tracker    parallel mechanism    actuation redundancy    dynamic model    energy consumption
收稿日期: 2018-08-08      出版日期: 2019-04-09
基金资助:国家科技重大专项(2017ZX04002001,2013ZX04000030)
通讯作者: 吴军,副教授,E-mail:jhwu@tsinghua.edu.cn     E-mail: jhwu@tsinghua.edu.cn
引用本文:   
于振洋, 吴军, 张彬彬. 一种并联式太阳能聚光器二轴跟踪机构能量消耗[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2019, 59(4): 284-290.
YU Zhenyang, WU Jun, ZHANG Binbin. Energy consumption of a two-axis solar tracker with redundantly actuated parallel mechanism. Journal of Tsinghua University(Science and Technology), 2019, 59(4): 284-290.
链接本文:  
http://jst.tsinghuajournals.com/CN/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.058  或          http://jst.tsinghuajournals.com/CN/Y2019/V59/I4/284
  图1 RRG3UPS跟踪机构三维图
  图2 运动学模型
  图3 UPS分支模型
  图4 跟踪机构运动轨迹
  图5 驱动杆长度变化
  图6 驱动力对比
  表1 机构尺寸及动力学参数表
  图7 机械功率对比
  图8 热功率对比
  图9 总功率对比
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