1.一种太阳能碟式聚光系统聚光性能的预测与保持方法，包括如下步骤：

1)建立碟式聚光系统的有限元模型，并对碟式聚光系统的结构有限元模型划分网格，输出非承载工况下聚光器反射镜面各平面微元网格的各节点的空间坐标信息，计算无光学误差且非承载工况情况下碟式聚光器的光学信息；

2)对建立的碟式聚光系统的有限元模型施加自重和风压载荷边界条件，计算自重和风载荷作用下的结构变形，并计算此时聚光器反射镜面的各平面微元网格的几何形心、法线矢量和有效采光面积；

3)基于碟式聚光系统承载变形的计算，得到腔体接收器的空间位移值，采用光线跟踪方法预测载荷作用下碟式聚光系统的聚焦能流分布和光学性能；

4)对碟式聚光系统引入双轴跟踪装置跟踪误差角度，计算不同跟踪误差情况下平面接收器表面聚焦光斑的质心位置，拟合得到跟踪误差角度值与聚焦光斑的质心位置的函数模型；

5)建立碟式聚光系统承载工况与其承载工况下聚焦光斑的质心位置的对应关系，并由承载工况下聚焦光斑的质心位置反求出跟踪误差角度值，再建立碟式聚光系统承载工况与双轴跟踪装置的输出转角误差值一一对应的数据表；根据碟式聚光系统运行中测定的承载工况，由数据表获知双轴跟踪装置的输出转角误差值；然后驱动控制器使得双轴跟踪装置的输出轴转动相应角度，实现承载工况下太阳能碟式聚光系统聚光性能的保持。

2.根据权利要求1所述的太阳能碟式聚光系统聚光性能的预测与保持方法，步骤1)的具体操作如下：

1.1)在碟式聚光器的抛物反射镜面的顶点O位置建立全局坐标系O-xyz，z轴指向抛物曲面的焦点F，焦点F的位置矢量F＝[0，0，f]，f是抛物反射镜面的焦距；聚光系统承载变形时全局坐标系O-xyz仍固定不变，即坐标系O-xyz不与聚光器固结；

1.2)在腔体接收器的接收窗中心点F1建立与接收器固结的局部坐标系F1-x1y1z1，腔体接收器的接收窗中心点F1的位置矢量F1＝[0，0，f]；非承载工况情况下局部坐标系F1-x1y1z1与全局坐标系O-xyz的各对应轴平行，且点F1与焦点F的位置重合；当碟式聚光系统承载变形时局部坐标系F1-x1y1z1将随接收器一起刚体运动；在腔体接收器上固结三个特征点，三个特征点分别取为接收窗的中心点F1、在+x1轴上的点g和在+y1轴上的点m，点g、点m与点F1的距离均是e1；

1.3)根据弹性力学理论，采用有限元方法建立碟式聚光系统的结构有限元模型；将聚光器的各反射镜面划分为三角形平面微元网格或四边形平面微元网格或三角形平面微元网格和四边形平面微元网格的混合平面微元网格；

1.4)从碟式聚光系统有限元模型中导出非承载情况下各反射镜面的平面微元网格的

各节点的空间坐标，计算无光学误差时非承载工况的各平面微元网格的几何形心、法线矢量和有效采光面积。

3.根据权利要求2所述的太阳能碟式聚光系统聚光性能的预测与保持方法，步骤1.4)中非承载工况的各平面微元网格的几何形心、法线矢量和有效采光面积计算如下：每个平面微元网格的几何形心点p1的位置矢量p1为：

式中：矢量a、b、c、d别是平面微元网格的各个节点的位置矢量；

平面微元网格的单位法线向量Np1和有效采光面积Ap1分别为：

式中：矢量bc＝c-b；矢量ba＝a-b；矢量dc＝c-d；矢量da＝a-d；夹角φ1是平面微元网格的单位法线向量Np1与太阳入射光锥的中心光线矢量S之间的夹角；矢量S＝[0,0,-1]；夹角φ1满足

4.根据权利要求3所述的太阳能碟式聚光系统聚光性能的预测与保持方法，步骤2)的具体操作如下：

2.1)对建立的碟式聚光系统有限元模型施加自重和风压载荷边界条件，风压载荷施加在聚光器抛物反射镜表面，计算自重和风载荷作用下的结构变形；

2.2)计算承载工况下聚光器反射镜面的各平面微元网格的各节点的位移矢量，并计算各平面微元网格的几何形心、法线矢量和有效采光面积；具体计算过程如下：碟式聚光系统承载变形后，每个平面微元网格的几何形心点p1运动到点pt位置，此时点pt的位置矢量为：式中，ua、ub、uc、ud分别为载荷作用下平面微元网格各节点的位移矢量；

每个平面微元网格的单位法线向量Npt和有效采光面积Apt分别为：

式中：矢量b1c1＝c1-b1；b1a1＝a1-b1；d1c1＝c1-d1；d1a1＝a1-d1；矢量a1、b1、c1、d1分别为聚光器承载变形后平面微元的各节点的位置矢量。

5.根据权利要求4所述的太阳能碟式聚光系统聚光性能的预测与保持方法，步骤3)的具体操作如下：

3.1)碟式聚光系统承载变形导致腔体接收器产生刚体位移，则与腔体接收器固联的局部坐标系也由F1-x1y1z1变化为Ft-x2y2z2；腔体接收器上固结的三个特征点F1、g和m分别运动到点Ft、gt和mt位置，三个特征点之间的相对几何关系保持不变；矢量Ft、gt和mt分别是点Ft、gt和mt的位置矢量；矢量F1、g和m分别是设计状态下点F1、g和m的位置矢量，矢量F1、g和m是预先已知的，且满足M1＝F1、g＝M1+[e1,0,0]和m＝M1+[0,e1,0]；矢量uF，ug和um分别是聚光系统承载变形导致点F1、g和m产生的位移矢量；三个特征点的位置矢量满足下式：

3.2)计算得到腔体接收器的局部坐标系Ft-x2y2z2和全局坐标系O-xyz之间的转换关系为：式中：矢量M1是接收窗中心点F1的位置矢量，即M1＝F1，Rot(A,β)是用于实现任意向量P∈R1×3绕任意单位向量A＝[ax,ay,az]旋转β角度的矩阵函数，具体为：矢量 其中：矢量 矢量 矢量g4＝

(g-F1)Rot(n3,β1)+Ft；矢量 矢量 矢量m3＝m+uF，

矢量 旋转角度 矢量F1m＝m-F1；m3mt＝mt-m3＝

um-uF；旋转角度 矢量F1g＝g-F1；g4gt＝g4-gt；g4＝(g-F1)Rot(n3,β1)+Ft；旋转角度β1、旋转角度β2为中间变量；

3.3)在全局坐标系O-xyz中，将半顶角δ为4.65mrad的太阳入射光锥离散成大量的太阳光线，并计算各太阳光线的入射矢量和携带的能量密度；计算方法如下：在全局坐标系的原点O处建立太阳光锥模型，并在抛物反射镜面的焦平面构建半径为Rs＝f·tan(δ)的圆盘，该圆盘以焦点F为圆心，采用边长为2Rs的正方形包络，再将此正方形沿长宽两方向分别离散成W和N份，且W＝N，得到一系列的正方形网格；将正方形沿长宽两方向的第w和第n个正方形网格wn的中心点记为Qwn，点Qwn与F的距离为dwn＝||Qwn-F||，矢量F＝[0,0,f]；正方形网格wn的中心点Qwn在半径为Rs的圆盘内则为有效网格，则fwn＝1；否则为无效网格，则fwn＝0，即不参与后续光线跟踪计算；有效的正方形网格wn的中心点Qwn与原点O的连线方向就是太阳入射 光线 Iw n的 入射 矢量 Iw n ，即I wn ＝- Qw n/ | |Q wn || ，其中 矢 量太阳光线Iwn携带的能量密度I(w,n)为：式中：γwn为太阳入射光线Iwn与太阳入射光锥的中心光线矢量S之间的夹角，

I1为太阳入射光锥的中心光线的辐射强度， W0

2

是太阳直射辐照强度值，单位是W/m；fwn为正方形网格wn是否参与计算的判定参数；

3.4)在全局坐标系O-xyz中，基于镜面反射定律计算太阳入射光线Iwn在碟式聚光器反射镜面的平面微元网格的几何形心pt处的反射光线方程；然后将此反射光线方程转换到腔体接收器的局部坐标系F2-x2y2z2中，参数方程表示为：式中 ：方 程 右 边 矢 量 均 是 基 于 全 局 坐标 系O - x y z 表 示 的 ；矢 量其中右上标T为矢量的转置符号；

3.5)在腔体接收器的局部坐标系F2-x2y2z2中，给定腔体接收器内各表面的几何方程、表面吸收率和光学反射特征；将腔体接收器内表面沿高度方向划分为U等份，沿圆周方向划分为G等分；采用公知的光线跟踪方法记录步骤3.4)中确定的反射光线在腔体接收器内部的传输和能量吸收过程；即计算光线在腔体接收器内多次反射时与表面的交点坐标，直到该光线逃出腔体接收器或反射次数达到最大反射次数Nr为止；然后判断这些交点坐标在腔体接收器内表面的哪个编号的离散网格区域内，并将光线所携带的能量增加给此网格区域；

太阳光线携带的能量增加给离散网格ug时，表达为：

Eabsorber(u,g)＝Eabsorber(u,g)+I(w,n)·Apt·ρmirror(1-σabsorber)n1·(ρwall)n2·σabsorber  (10)式中：Ehabsorber(u,g)是存储接收器表面中网格ug接收的太阳辐射能量的数组元素，在能流分布计算之前它的初始值为0；ρmirror为聚光器反射镜面的反射率；σabsorber为腔体接收器中安装吸热器区域的吸收率；ρwall为腔体接收器内部的其它表面的反射率；n1是太阳光线被吸热器表面的反射次数,n1＝0,1,2,...N1，N1是太阳光线在吸热器表面的最大反射次数；

n2是太阳光线被腔体接收器中普通壁面的反射次数,n2＝0,1,2,...N2，N2是太阳光线在普通壁面的最大反射次数，且N1+N2≤Nr；

用于接收碟式聚光器聚焦太阳辐射能量的接收器为平面结构，它与抛物反射镜面的焦平面重合；取平面接收器为边长为L的正方形区域，并将其沿两边方向分别等分成H份和U份，H＝U，获得H×U个小正方形网格；计算步骤3.4)中确定的反射光线与平面接收器的交点坐标，并判断该交点在接收器的哪个编号的离散网格区域内，并将光线所携带的能量增加给此网格区域；太阳光线携带的能量增加给离散网格hu时，存储接收器表面中网格hu接收的太阳辐射能量表达为：Eplan(h,u)＝Eplan(h,u)+I(w,n)·Apt·ρmirror                     (11)式中，Eplan(h,u)是存储接收器表面中网格hu接收的太阳辐射能量，在能流分布计算之前它的初始值为0；

3.6)计算碟式聚光器反射镜面的所有平面微元网格的几何形心处太阳光锥内所有太

阳入射光线的反射光线方程，再通过步骤3.5)计算所有反射光线在腔体接收器内部的传输和能量吸收，最终获得承载工况下碟式聚光系统中吸热器内表面的聚焦能流密度分布，并统计吸热器表面接收的总能量和聚光器采集的总能量，腔体接收器内部壁面接收的总能量和聚光器采集的总能量的比值即是承载工况下碟式聚光系统的光学效率；当用于接收碟式聚光器聚焦太阳辐射能量的接收器为平面接收器时，计算平面接收器表面的聚焦能流密度分布。

6.根据权利要求5所述的太阳能碟式聚光系统聚光性能的预测与保持方法，步骤4)的具体操作如下：

4.1)碟式聚光系统通过双轴跟踪装置来实现准确的跟踪太阳位置，无跟踪误差情况

下，碟式聚光系统的焦轴线OF与太阳光锥的中心光线S平行；碟式聚光器抛物反射镜面的焦轴线OF与地平面的夹角为碟式聚光器的高度角；碟式聚光器抛物反射镜面的焦轴线OF在地平面上的投影与正南方的夹角为碟式聚光器的方位角；双轴跟踪装置由高度跟踪装置和方位跟踪装置组成，方位跟踪轴与地平面垂直，高度跟踪轴与地平面平行且垂直于碟式聚光器的焦轴线，高度跟踪装置和方位跟踪装置的输出转角误差值分别为ε1和ε2，则碟式聚光器的高度角跟踪误差角为ε1r，满足ε1r＝ε1；碟式聚光器的方位角跟踪误差角ε2r为：ε2r＝arcos[(cos(90-φ))2·(1-cosε2)+cosε2]，其中：φ为无跟踪误差时碟式聚光器的高度角；

4.2)通过步骤3.5)和3.6)计算得到平面接收器表面的聚焦能流密度分布，再计算得到聚焦光斑的质心坐标为：

4.3)基于步骤4.2)得到的数据，采用函数拟合方法建立碟式聚光系统的对日跟踪误差与聚焦光斑的质心坐标的数学模型，用于由聚焦光斑的质心坐标反求出碟式聚光器的高度角和方位角跟踪误差角度，其公式为：式中：K1是待定系数，通过大量数据拟合时确定。

7.根据权利要求6所述的太阳能碟式聚光系统聚光性能的预测与保持方法，步骤5)的具体操作如下：

5.1)通过步骤2)和步骤3)计算得到不同承载工况下碟式聚光系统平面接收器表面的

聚焦光斑的质心坐标；

5.2)采用步骤5.1)得到的聚焦光斑的质心，通过步骤4.2)反求出各承载工况下碟式聚光器的跟踪误差值；

5.3)将步骤5.2)得到的碟式聚光器的跟踪误差值，通过步骤4.1)中碟式聚光器的方位角跟踪误差角ε2r公式，反求出双轴跟踪装置的输出转角误差值；建立承载工况和双轴跟踪装置的输出转角误差值一一对应的数据表，存储在双轴跟踪装置的驱动控制器中；

5.4)根据碟式聚光系统实际运行中测定的承载工况，查询步骤5.3)中建立的数据表获得双轴跟踪装置的输出转角误差值ε1和ε2；驱动控制器将此信号发送给高度角和方位角驱动电机，使得双轴跟踪装置的两个输出轴分别转动-ε1和-ε2角度，其中：负号代表与输出转角误差值的转动方向相反；实现承载工况下太阳能碟式聚光系统聚光性能的保持。