本发明涉及太阳位置跟踪器技术领域，具体是一种基于北斗的可移动式太阳跟踪系统及方法。
背景技术：
研究表明在相同条件下，太阳自动跟踪设备要比不跟踪设备的能量接收率高37.7％。因此，实现太阳跟踪可以显著提高太阳能利用效率。
为了实现对太阳的自动跟踪，使太阳光线垂直照射太阳能电池板或太阳能聚光器，现有技术方案有三种：光电式跟踪、太阳运动轨迹跟踪和混合跟踪。光电跟踪是通过光敏器件来检测太阳的位置变化，实现自动跟踪太阳。太阳运动轨迹跟踪是依据太阳运行的天文规律，通过结合观测地点的经纬度信息和当前时间来确定太阳的位置。混合跟踪则是将前两者结合在一起，使用特定逻辑，在两种跟踪控制方法之间进行切换。
本文所述“可移动式太阳跟踪”是指：系统在运动载体上完成对太阳的实时跟踪。现有技术中，光电式跟踪虽可以应用在移动载体中，但光敏元件易受云层、灰尘、水汽等遮挡物和工作环境中杂散光线的影响，此方案系统抗干扰性较差，实际使用不理想。太阳运动轨迹跟踪虽对工作环境要求低、抗干扰性好，但该方法以当前日期时间为输入，采用查表法，获得固定参数驱动电机执行跟踪，无任何环境感知能力，不具备可移动性。除此之外，现有跟踪器及跟踪方法，未对运动环境所带来的随机扰动进行研究，比如移动车载使用时，车辆拐弯转向会对电池板方位角和航偏角造成极大的扰动，此类扰动往往随机性强，幅度大，严重影响系统跟踪效果，导致跟踪失败。因此，发明一种新型太阳跟踪器十分必要，以解决现有跟踪器抗干扰性差和移动性差两大问题。
技术实现要素：
为解决现有技术方案抗干扰性差和无法应对移动场景两大问题，本发明提供了一种基于北斗的可移动式太阳跟踪系统及方法。本发明采用的技术手段如下：
一种基于北斗的可移动式太阳跟踪系统，包括检测控制装置和机械执行装置；
所述检测控制装置包括电池板电子陀螺仪mpu、北斗定位芯片、车辆电子陀螺仪mpu、雨水传感器、时钟模块和risc处理器模块；
所述机械执行装置包括自旋平台、两连杆俯仰机构、太阳能电池托板和车架；
所述自旋平台与所述车架同轴并通过不锈钢转盘轴承器与所述车架上端连接，所述车架上设有第一步进电机，所述第一步进电机的输出端通过主动轮与所述不锈钢转盘轴承器齿轮啮合连接；
所述两连杆俯仰机构包括丝杆导轨，所述丝杆导轨的一端与第二步进电机的输出端连接，所述丝杆导轨的另一端与丝杠连接板转动连接，所述第二步进电机和所述丝杠连接板均与所述自旋平台上端连接，所述丝杠连接板的上端与太阳能电池托板的一端铰接，所述丝杆导轨上套接有可沿所述丝杆导轨移动的第一连杆，所述第一连杆的上端与第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的另一端与所述太阳能电池托板的侧壁中段铰接，所述太阳能电池托板的上端设有太阳能电池板，所述太阳能电池托板的下端设有电池板电子陀螺仪mpu，所述车架尾部上端设有雨水传感器，所述车架上设有所述北斗定位芯片、所述车辆电子陀螺仪mpu、所述risc处理器模块和所述时钟模块。
所述主动轮与所述不锈钢转盘轴承器的传动比为8:1。
所述太阳能电池托板的侧壁设有止挡柱，所述太阳能电池托板内具有井字形支架。
通过采用国产北斗定位技术，赋予所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统可移动属性；采用电子陀螺仪取代光电传感器，从根本上解决抗干扰性差的问题，同时具备一定的环境感知能力；采用带前馈补偿的模糊pid控制算法提高所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统鲁棒性，以应对运动场景的各类扰动。
本发明还公开了一种使用上述所述的基于北斗的可移动式太阳跟踪系统的太阳跟踪方法，所述risc处理器模块运行μc/os-iii实时多任务操作系统，所述多任务包括电机控制任务、历史观测器数据采集任务、太阳角度计算任务、车辆动静检测任务、连续弯道与颠簸路段检测任务、系统启停判断任务和北斗定位数据接收任务；
所述方法具有如下步骤：
s1、系统启停判断：
所述risc处理器模块运行μc/os-iii实时多任务操作系统周期性执行系统启停判断任务，读取所述时钟模块数据，判断时间是否处于6:00-18:00区间，若否，则挂起除自身以外的，所有的所述多任务；若是，则读取所述雨水传感器输出电平，判断是否为雨天，若是，则挂起除自身以外的，所有的所述多任务；若否，则开启延迟，交出risc处理器模块控制权；
s2、进行模式选择：
所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统初始化后，所述车辆电子陀螺仪mpu输出所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统的运动数据(x，y，z三轴的加速度值和角速度值，分别为ax,ay,az和wx,wy,wz)，所述risc处理器模块运行μc/os-iii实时多任务操作系统周期性执行车辆动静检测任务，所述车辆动静检测任务接收所述车辆电子陀螺仪mpu输出的所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统的运动数据并进行分析，判定所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统当前运动状态(“移动”或“静止”)，依据判定结果输出可调死区阈值m，m取5度时，对应移动跟踪模式，m取2度时，对应定点跟踪模式；
s3、实施跟踪：
由所述电池板电子陀螺仪mpu获取所述太阳能电池板的的运动数据，再经所述电池板电子陀螺仪mpu自带的dmp实施硬件姿态解算，获得所述太阳能电池板欧拉角的电池板航偏角和电池板俯仰角；
所述risc处理器模块运行μc/os-iii实时多任务操作系统执行北斗定位数据接收任务，接受所述北斗定位芯片通讯数据，对通讯数据解析处理，提取所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统所在地理位置的经纬度信息和日期时间信息；将经纬度和日期时间信息通过消息队列发送给所述risc处理器模块运行μc/os-iii实时多任务操作系统执行太阳角度计算任务，计算出太阳角度的太阳方位角和太阳高度角，所述risc处理器模块运行μc/os-iii实时多任务操作系统执行历史观测器数据采集任务，抓取到t时刻所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统欧拉角为δt，t-1时刻所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统欧拉角为δt-1，δt和δt-1通过消息传递给所述risc处理器模块运行μc/os-iii实时多任务操作系统执行电机控制任务；
所述risc处理器模块通过电机控制任务，启动带前馈补偿的模糊pid控制算法，所述带前馈补偿的模糊pid控制算法包括模糊pid控制器和前馈模糊控制器，在所述带前馈补偿的模糊pid控制算法的负反馈通道中，比较太阳方位角与电池板航偏角得到两者差值e1，比较太阳高度角与电池板俯仰角得到两者差值e2，它们统称为差值e{e1,e2}，当且仅当|e1|>m或者|e2|>m时，差值e{e1,e2}通过可调死区，传递给所述模糊pid控制器，取差值e1和其变化率de1/dt作为所述模糊pid控制器输入量，产生电池板航偏角pwm脉宽调制输出信号，e2和其变化率de2/dt作为所述模糊pid控制器输入量，产生电池板俯仰角pwm脉宽调制输出信号，所述电池板航偏角pwm脉宽调制输出信号和所述电池板俯仰角pwm脉宽调制输出信号统称为pwm脉宽调制输出信号；
在所述带前馈补偿的模糊pid控制算法的前馈通道中，设所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统欧拉角历史比对差值为et/t-1{e3,e4}＝δt-δt-1，其中e3为所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统航偏角的历史比对差值，e4为所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统俯仰角的历史比对差值，所述前馈模糊控制器使用历史比对差值e3和其变化率de3/dt作为输入量，产生电池板航偏角前馈pwm脉宽调制输出信号，使用历史比对差值e4和其变化率de4/dt作为输入量，产生电池板俯仰角前馈pwm脉宽调制输出信号，所述电池板航偏角前馈pwm脉宽调制输出信号和所述电池板俯仰角前馈pwm脉宽调制输出信号统称为前馈pwm脉宽调制输出信号；
所述第一步进电机的电机驱动器收到所述电池板航偏角pwm脉宽调制输出信号或者所述电池板航偏角前馈pwm脉宽调制输出信号，产生驱动电流，驱动所述第一步进电机(执行电机)进行正反转，完成所述太阳能电池板航偏角调整，所述第二步进电机的电机驱动器接收到所述电池板俯仰角pwm脉宽调制输出信号或者所述电池板俯仰角前馈pwm脉宽调制输出信号，产生驱动电流，驱动所述第二步进电机(执行电机)进行正反转，完成所述太阳能电池板俯仰角调整；
s4、重复步骤s3，直至|e1|≤m且|e2|≤m，此时太阳光垂直照射所述太阳能电池板。
所述步骤s2中，若处于移动跟踪模式，可调死区阈值m较大，为5度，以过滤所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统运动过程车厢晃动产生的干扰；所述risc处理器模块运行μc/os-iii实时多任务操作系统执行历史观测器数据采集任务，抓取并存储由所述车辆电子陀螺仪mpu经自身dmp硬件姿态解算得到的所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统欧拉角，所述欧拉角通过消息队列传递给所述risc处理器模块运行μc/os-iii实时多任务操作系统执行连续弯道与颠簸路段检测任务，所述连续弯道与颠簸路段检测任务分析判定所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统是否正在通过连续弯道，若是，则发起中断pwm_int，所述risc处理器模块运行μc/os-iii实时多任务操作系统执行电机控制任务被挂起：pwm脉宽调制输出信号暂停输出，所述第一步进电机和所述第二步进电机停止动作。中断pwm_int的发起，可减少在所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统通过连续弯道时，所述太阳能电池板的无谓动作，节约能量。
若处于定点跟踪模式，外界扰动小，此时，可调死区阈值m设置较小，为2度，以保证跟踪实时性；因地理位置不发生变化，所述北斗定位芯片进入低功耗模式以节约能量。
本发明提供的太阳跟踪系统及跟踪方法，实现以下有益效果：
1、服务范围广。本发明可用于形如车载船载使用的移动场景，亦可用于固定位置跟踪的静止场景，还可用于移动和静止交替出现的场景，如行驶后长时间停车，无需进行任何额外切换操作，基于北斗的可移动式太阳跟踪系统可自动识别判断场景，切换不同跟踪模式。
2、环境感知能力好。针对可移动场景，本发明设置了历史观测器数据采集任务和连续弯道与颠簸路段检测任务，判别基于北斗的可移动式太阳跟踪系统是否正在通过颠簸路段或者通过连续弯道，减少太阳能电池板无谓姿态调整。
3、鲁棒性强。针对可移动场景，本发明在跟踪算法中采用了带前馈补偿的模糊pid控制算法，兼顾鲁棒性和实时性。
4、机械结构稳定。针对可移动场景，本发明设计的自旋和俯仰机械结构，采用了大直径轨道滑轮(主动轮和不锈钢转盘轴承器齿轮)和两连杆俯仰机构，可应对移动场景下的摇晃颠簸和急加减速，保证机械执行机构结构稳定可靠。
5、抗干扰性好。针对可移动场景下，云层、灰尘、水珠等遮挡物的存在，本发明在太阳能电池板自身姿态检测中，放弃了传统光电传感器，使用了电子陀螺仪传感器，其不易受云层、灰尘影响，且动态性能好，精度高。
基于上述理由本发明可在太阳位置跟踪器技术等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的具体实施方式中基于北斗的可移动式太阳跟踪系统的主视图(不包括太阳能电池板)。
图2是本发明的具体实施方式中基于北斗的可移动式太阳跟踪系统的空间结构示意图(不包括太阳能电池板)。
图3是本发明的具体实施方式中太阳跟踪方法总体控制框图。
图4是本发明的具体实施方式中带前馈补偿的模糊pid控制算法的流程图。
图5是本发明的具体实施方式中模糊控制原理。
图6是本发明的具体实施方式中基于北斗的可移动式太阳跟踪系统通过连续弯道时其航偏角变化情况图。
图7是本发明的具体实施方式中连续弯道检测算法流程图。
图8是本发明的具体实施方式中基于北斗的可移动式太阳跟踪系统的总体信号传递框图。
图9是本发明的具体实施方式中太阳跟踪方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，一种基于北斗的可移动式太阳跟踪系统，包括检测控制装置和机械执行装置；
所述检测控制装置包括电池板电子陀螺仪mpu1、北斗定位芯片2、车辆电子陀螺仪mpu3、雨水传感器4、时钟模块5和risc处理器模块6；
所述机械执行装置包括自旋平台18、两连杆俯仰机构、太阳能电池托板7和车架8；
所述自旋平台18与所述车架8同轴并通过不锈钢转盘轴承器9与所述车架8上端连接，所述车架8上设有第一步进电机10，所述第一步进电机10的输出端通过主动轮11与所述不锈钢转盘轴承器9齿轮啮合连接，进而带动所述自旋平台18旋转；
所述两连杆俯仰机构包括丝杆导轨12，所述丝杆导轨12的一端与第二步进电机13的输出端连接，所述丝杆导轨12的另一端与丝杠连接板14转动连接，所述第二步进电机13和所述丝杠连接板14均与所述自旋平台18上端连接，所述丝杠连接板14的上端与太阳能电池托板7的一端铰接，所述丝杆导轨12上套接有可沿所述丝杆导轨12移动的第一连杆15，所述第一连杆15的上端与第二连杆16的一端铰接，所述第二连杆16的另一端与所述太阳能电池托板7的侧壁中段铰接，所述太阳能电池托板7的上端设有太阳能电池板，所述太阳能电池托板7的下端设有电池板电子陀螺仪mpu1，所述车架8尾部上端设有雨水传感器4，所述车架8上设有所述北斗定位芯片2、所述车辆电子陀螺仪mpu3、所述risc处理器模块6和所述时钟模块5。
所述主动轮11与所述不锈钢转盘轴承器9的传动比为8:1。
所述太阳能电池托板7的侧壁设有止挡柱17，所述太阳能电池托板7内具有井字形支架。
如图8所示，基于北斗的可移动式太阳跟踪系统信号传递过程为“传感器-risc处理器模块6-电机驱动器-执行电机”。其中，传感器部分主要包括电池板电子陀螺仪mpu1、北斗定位芯片2、车辆电子陀螺仪mpu3、雨水传感器4、时钟模块5。risc处理器模块6运行μc/os-iii实时多任务操作系统，时钟节拍设置为10ms，包含7个用户自定义任务，即所述多任务包括电机控制任务、历史观测器数据采集任务、太阳角度计算任务、车辆动静检测任务、连续弯道与颠簸路段检测任务、系统启停判断任务和北斗定位数据接收任务。
电机控制任务
周期性任务，执行频率50hz，优先级14，图9中的“电机控制任务”环节描述了该任务执行流程。读取由“车辆动静检测任务”经消息传递过来的可调死区阈值m，读取由“太阳角度计算任务”经消息队列传递过来的太阳角度的太阳方位角和太阳高度角，读取由“历史观测器数据采集任务”经消息队列传递过来的基于北斗的可移动式太阳跟踪系统的欧垃角(航偏角和俯仰角)，读取由电池板电子陀螺仪mpu1输出的电池板欧拉角(航偏角和俯仰角)。然后，启动带前馈补偿的模糊pid控制算法，计算出pwm信号。最后，输出pwm信号控制电机驱动器，进而控制执行电机(第一步进电机10和第二步进电机13)动作。
所述带前馈补偿的模糊pid控制算法，其内含一个模糊pid控制器(算法)和一个前馈模糊控制器(算法)。如图3所示，在负反馈通道中，太阳角度为输入信号，电池板欧拉角为反馈信号，具体为：比较太阳方位角与电池板航偏角得到两者差值e1，比较太阳高度角与电池板俯仰角得到两者差值e2，它们统称为差值e{e1,e2}，模糊pid控制器使用差值e{e1,e2}和差值变化率ec(de/dt)作为输入量，pwm脉宽调制输出信号作为输出量。在前馈通道中，最新时刻t的所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统欧拉角为δt，t-1时刻的所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统欧拉角为δt-1，所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统欧拉角历史比对差值为et/t-1{e3,e4}＝δt-δt-1，其中e3为所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统航偏角的历史比对差值，e4为所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统俯仰角的历史比对差值，前馈模糊控制器使用历史比对差值et/t-1和它的变化率ect/t-1作为输入量，前馈pwm脉宽调制输出信号作为输出量。
模糊pid控制器和前馈模糊控制器都使用了相同的模糊控制原理，如图5所示，利用模糊规则和模糊推理，对pid参数进行在线调整，可增强基于北斗的可移动式太阳跟踪系统鲁棒性，待调整参数为kp,ki,kd，分别对应为pid控制中的比例增益、积分增益和微分增益。
下面以控制太阳能电池板进行电池板航偏角调整为例，详细叙述带前馈补偿的模糊pid控制算法实现过程：
1、变量确定与模糊化
如图5所示，模糊环节采用两输入三输出的形式，将差值e和差值的变化率ec作为输入量，kp,ki,kd为模糊控制器输出量，pwm电机控制脉冲为pid控制器输出量。
在负反馈通道中，电池板航偏角和太阳方位角的差值e1变化范围取(-180，180)(单位：度)，实际工程中被控量不宜过大，工程化缩放处理后，取差值e1基本论域e1＝[-50，50]、差值变化率ec1的基本论域ec1＝[-100，100]、输出量kp的基本论域为kp1＝[-3,3]、输出量ki的基本论域为ki1＝[-0.6,0.6]、输出量kd的基本论域为kd1＝[-1.5,1.5]。对应的量化因子分别为：ke＝3/50；kec＝3/100。
在前馈通道中，采样t时刻和t-1时刻时间间隔约为100毫秒，由于普通小汽车的轮胎最大转角小于45度，因此，基于北斗的可移动式太阳跟踪系统的航偏角的历史比对差值e3变化范围在(-45，45)(单位：度)，工程缩放处理后，取差值e3的基本论域为e3＝[-10，10]、差值的变化率ec3的基本论域ec3＝[-20，20]、输出量kp的基本论域为kp3＝[-3,3]、输出量ki的基本论域为ki3＝[-0.6,0.6]、输出量kd的基本论域为kd3＝[-1.5,1.5]。对应的量化因子分别为：le＝3/45；lec＝3/20。
前馈模糊控制器和模糊pid控制器采用相同的模糊语言变量词集{nb,nm,ns,zo,ps,pm,pb}，含义分别对应为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}。量化等级为{-3,-2,-1,0,1,2,3}。
2、语言变量的隶属度函数μ(x)
前馈模糊控制器和模糊pid控制器采用相同的隶属度函数μ(x)，都为三角形隶属关系，隶属度函数表如表1所示。
表1隶属度函数表
3、控制规则确定
前馈模糊控制器和模糊pid控制器采用相同的控制规则。
(1)当差值较大时，为使基于北斗的可移动式太阳跟踪系统具有较好的快速跟踪性能，不论差值的变化趋势如何，都应该取较大的比例增益kp和较小的微分增益kd，同时为避免系统响应出现较大的超调，应对积分作用加以限制，取较小的ki值。
(2)当差值处于中等大小时，为使基于北斗的可移动式太阳跟踪系统响应具有较小的超调又不影响基于北斗的可移动式太阳跟踪系统的响应速度，比例增益kp应取小些，积分增益ki和微分增益kd大小要适中。
(3)当差值较小时，为保证系统具有较好的稳态性能，比例增益kp和积分增益ki应取得大些。当差值的变化率较大时，微分增益kd应取小些，来保证基于北斗的可移动式太阳跟踪系统较好的抗干扰性能，防止出现振荡。
依据以上原则，采用“ifaandbthencanddande”的形式，确立控制规则，一共49条，如表2所示。
表2控制规则表
4、模糊推理和解模糊化
前馈模糊控制器和模糊pid控制器采用相同的模糊推理和解模糊化方法。
模糊推理采用mamdani推理法，每一条规则“ifa1andb1thenc1”对应一个模糊关系r1＝(a1×b1)×c1，基于北斗的可移动式太阳跟踪系统全部规则对应的关系矩阵为r＝r1∪r2∪r3…∪rn，模糊推理得到输出模糊向量c＝(a×b)○r。
解模糊化采用重心法，得到输出的精确值c*。
重心法公式：
5、形成pid参数离线控制表
利用matlab工具，可以提前计算出前馈模糊控制器和模糊pid控制器的pid参数离线控制表，在现场可采用查表法直接调用pid参数离线控制表数据，减轻risc处理器模块6计算压力。
带前馈补偿的模糊pid控制算法的流程图如图4所示。
历史观测器数据采集任务
此任务为周期性任务，执行频率10hz，优先级11。图9中的“历史观测器数据采集任务”环节描述了该任务执行流程。接收车辆电子陀螺仪mpu3经自身dmp硬件姿态解算，得到基于北斗的可移动式太阳跟踪系统欧拉角(航偏角和俯仰角)数据。然后，存储在航偏角数组ψ[t]和俯仰角数组θ[t]中。最后，还要通过消息队列，将最新基于北斗的可移动式太阳跟踪系统欧拉角数据传递给“电机控制任务”。
太阳角度计算任务
此任务为触发性任务，优先级13。图9中的“太阳角度计算任务”环节描述了该任务执行流程。首先，收到“北斗定位数据接收任务”发出的触发信号后，开始接收北斗芯片的经纬度信息和日期时间信息；然后，利用太阳高度角和方位角计算公式，得到太阳角度；最后，将太阳角度通过消息，发送给“电机控制任务”。
太阳角度计算公式给出如下：
太阳高度角
太阳方位角
其中时角ω＝[12-t-4min(λ-120)]*15°，
车辆动静检测任务
周期性任务，执行频率20hz，优先级9，图9中的“车辆动静检测任务”环节描述了该任务执行流程。首先，读取由车辆电子陀螺仪mpu3输出的未经dmp硬件姿态解算前的运动数据(x，y，z三轴的加速度值和角速度值，分别为ax,ay,az和wx,wy,wz)。然后，使用平移法进行数据预处理，处理完成后，再与参考平均值数据库中相近典型温度下对应的参考平均值进行比对(如取ax的数据预处理结果和ax的参考平均值进行比对)，比对结果的绝对值大于零，计数器n1进行一次正计数。判断计数器n1值是否大于10，若是，则判定车辆处于移动状态，输出可调死区阈值m＝5度；否则，判定车辆处于静止状态，输出可调死区阈值m＝2度；最后，将m的值通过消息发送给“电机控制任务”。
平移法是一种常见的数据预处理方法，可以有效减弱数据的上下波动。采集车辆电子陀螺仪mpu3输出的运动数据(如取运动数据中的ax)，按照时间t先后顺序排列，形成原数据变量序列，将原数据变量序列各值按顺序依次计算n项的平均值，得到一组新数据变量序列，完成数据预处理过程。
原数据变量序列x1，x2，x3，x4，x5，x6······
局部窗n＝3
实施移动平均
新数据变量序列z1，z2，z3，z4······
考虑到车辆电子陀螺仪mpu3的零点漂移和高斯白噪声的影响，需要提前建立若干典型温度下(可以使用车辆电子陀螺仪mpu3输出的自测温度数据为参考依据，每5摄氏度设置一个典型温度)，电子陀螺仪静止放置时，x，y，z三轴的加速度和角速度输出平均值，形成参考平均值数据库，为判断车辆运动情况提供依据。
连续弯道与颠簸路段检测任务
周期性任务，执行频率2hz，优先级10，图9中的“连续弯道与颠簸路段检测任务”环节描述了该任务执行流程。首先，完成初始化后，读取全局变量k、p的值，读取“历史观测器数据采集任务”维护的航偏角数组ψ[t]和俯仰角数组θ[t]；然后，启动限时计数法，判断是否处于连续弯道或颠簸路段；最后，若是，则发起pwm_int中断，挂起“电机控制任务”，若不是，则恢复“电机控制任务”。
基于北斗的可移动式太阳跟踪系统航偏角以基于北斗的可移动式太阳跟踪系统正北方向为基准，顺时针方向为正，逆时针方向为负，基于北斗的可移动式太阳跟踪系统航偏角ψ的变化范围是(-180,180)(单位：度)。基于北斗的可移动式太阳跟踪系统俯仰角θ以水平面为基准，当基于北斗的可移动式太阳跟踪系统的头部上扬时，俯仰角为正，下沉时为负，基于北斗的可移动式太阳跟踪系统俯仰角θ的变化范围是(-45,45)(单位：度)。
连续弯道检测原理(限时计数法)——在限定时间内，检测基于北斗的可移动式太阳跟踪系统发生方向大幅度调整的次数k，当k大于等于3，则算法发起pwm_int中断，挂起“电机控制任务”。“限定时间”的具体数值，参考基于北斗的可移动式太阳跟踪系统通过连续弯道的经验时间值，比如选择为5秒，既5秒内，如图6所示，基于北斗的可移动式太阳跟踪系统发生了3次方向大幅度调整，则说明基于北斗的可移动式太阳跟踪系统在以较快速度通过连续弯道，需要立即挂起“电机控制任务”。
连续弯道检测算法流程图如图7所示，在限定时间内(算法执行周期t×循环次数c)，基于北斗的可移动式太阳跟踪系统进行了大于或等于3次方向大幅度调整(方向大幅度调整指：方向调整角度大于20度)，比如左转-右转-左转、右转-左转-左转、左转-右转-右转等等，则判定基于北斗的可移动式太阳跟踪系统进行连续大幅度转弯，此时发起中断pwm_int，“电机控制任务”被挂起，pwm脉宽调制输出信号和前馈pwm脉宽调制输出信号暂停输出，执行电机停止动作。
颠簸路段检测原理(限时计数法)——基于北斗的可移动式太阳跟踪系统俯仰角波动对应基于北斗的可移动式太阳跟踪系统正在通过颠簸路段，当通过颠簸路段时，基于北斗的可移动式太阳跟踪系统俯仰角会发生正负变化，在限定时间内，检测基于北斗的可移动式太阳跟踪系统发生该变化的次数。若判定车辆正在通过颠簸路段，则发起中断pwm_int，“电机控制任务”被挂起，pwm脉宽调制输出信号和前馈pwm脉宽调制输出信号暂停输出，执行电机停止动作。其算法程序流程图和连续弯道检测算法类似，此处不再叙述。
系统启停判断任务
周期性任务，执行频率50hz，优先级为8，图9中的“系统启停判断任务”环节描述了该任务执行流程。读取所述时钟模块5数据，判断时间是否处于6:00-18:00区间，若否，则挂起除自身以外的，所有的所述多任务；若是，则读取所述雨水传感器4输出电平，判断是否为雨天，若是，则挂起除自身以外的，所有的所述多任务；若否，则开启延迟，交出risc处理器模块控制权。
北斗定位数据接收任务
周期性任务，执行频率2hz，优先级为12，图9中的“北斗定位数据接收任务”环节描述了该任务执行流程。首先，完成初始化，接收北斗芯片通讯数据；然后，对通讯数据解析处理，提取经纬度信息和日期时间信息；最后，将经纬度和日期时间信息通过消息队列发送给“电机控制任务”。
跟踪方法具体操作步骤如下：
1)基于北斗的可移动式太阳跟踪系统上电启动，完成初始化自检，读取时钟模块5(型号ds1302)和雨水传感器信息，读取时间为6:00-18:00区间，且雨水传感器输出高电平时(说明没有感应到雨水)，基于北斗的可移动式太阳跟踪系统开始正式工作。车辆电子陀螺仪mpu3(型号9250)持续输出基于北斗的可移动式太阳跟踪系统的运动数据(x，y，z三轴的加速度值和角速度值，分别为ax,ay,az和wx,wy,wz)，此运动数据经“车辆动静检测任务”来判别车辆运动状态(移动还是静止)，判定为静止状态时，开始进入定点跟踪模式，可调死区阈值m＝2度；否则，进入移动跟踪模式，可调死区阈值m＝5度。
2)北斗芯片完成上电初始化后，输出定位数据，risc处理器模块6启动周期运行的“北斗定位数据接收任务”，经纬度信息和时间信息接收完毕后，触发“太阳角度计算任务”，计算出当前的太阳角度的太阳高度角和太阳方位角。
3)电池板电子陀螺仪mpu1(型号9250)上电后持续输出运动数据，使用其自身dmp实施硬件姿态解算，得到电池板航偏角和电池板俯仰角。
4)risc处理器模块6启动周期运行的“历史观测器数据采集任务”，接收由车辆电子陀螺仪mpu3经自身dmp硬件姿态解算，得到的所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统欧拉角数据(具体指该系统的航偏角数据和俯仰角数据)，形成航偏角数组ψ[t]和俯仰角数组θ[t]。
5)risc处理器模块6启动周期运行的“电机控制任务”，接收步骤1)产生的可调死区阈值m，接收步骤2)和3)中产生的4个角度，计算电池板航偏角和太阳方位角的差值e1，计算电池板俯仰角和太阳高度角的差值e2，可调死区阈值m设置为5度(移动跟踪模式下)或2度(定点跟踪模式下)，当e1和e2的绝对值都小于或者等于阈值m时，说明太阳能电池板法线与太阳光线入射方向基本平行，不需要进行姿态调整。当有一个差值的绝对值大于阈值m时，risc处理器发出pwm脉宽调制输出信号，控制电机驱动器，电机驱动器驱动执行电机(第一步进电机10和第二步进电机13)动作，调整太阳能电池板的航偏角和俯仰角，以准确跟踪太阳。第一步进电机10用于调整电池板航偏角，进而影响差值e1，第二步进电机13用于调整电池板俯仰角，进而影响差值e2。例如，当差值e1为20度时，第一步进电机10驱动主动轮11，带动自旋平台完成旋转动作，以减少差值e1。
6)risc处理器模块6启动周期运行的“电机控制任务”，接收步骤4)产生的航偏角数组ψ[t]和俯仰角数组θ[t]，计算所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统航偏角的历史比对差值e3＝ψ[t]-ψ[t-1]，计算所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统俯仰角的历史比对差值e4＝θ[t]-θ[t-1]，在e3和e4作用下，risc处理器发出前馈pwm脉宽调制输出信号，控制电机驱动器，电机驱动器驱动执行电机(第一步进电机10和第二步进电机13)动作，调整太阳能电池板的航偏角和俯仰角，以抵消车辆行驶带来的扰动。例如，当车辆行驶过程中发生了向右偏转，测得t-1时刻到t时刻，所述基于北斗的可移动式太阳跟踪系统航偏角发生了正10度(顺时针为正)的变化，即e3＝10度，此时risc处理器发出前馈pwm脉宽调制输出信号，控制太阳能电池板逆向调整(逆时针旋转10度)，减少电池板航偏角受车辆右偏转的影响。
7)太阳能电池板姿态调整后或者车辆行驶过程中，太阳高度角、太阳方位角、电池板俯仰角和电池板航偏角，上述4个角度会发生改变，重新得到2个新的差值e1和e2，再次进行步骤5)，判断并执行第一步进电机10、第二步进电机13正反转，直到差值e1和e2均进入可调死区，电机停止动作，完成闭环控制过程。
8)当基于北斗的可移动式太阳跟踪系统经过连续弯道或者颠簸路段时，周期运行的“连续弯道与颠簸路段检测任务”触发中断pwm_int，当中断发生后，“电机控制任务”被挂起，执行电机停止动作，直到连续弯道或者颠簸路段结束，基于北斗的可移动式太阳跟踪系统恢复正常跟踪。当基于北斗的可移动式太阳跟踪系统读取时间不在6:00-18:00的范围，或者雨水传感器感应到雨水，基于北斗的可移动式太阳跟踪系统进入休眠状态，同时太阳能电池板姿态恢复为水平放置的原始姿态。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。