CN101737703A - 一种自然采光控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及照明设备技术领域，具体地说是一种自然采光控制系统，所述人体感应器、照度传感器的输出端连接控制器，控制器输出端连接窗帘控制模块及照明控制模块，所述控制器为模糊控制器，其主要由模糊化、模糊规则及模糊推理、清晰化三部分组成；本发明的有益效果：系统机构简单、清晰。由于太阳能增益对需要制冷的夏季起负作用，而在冬季有助于降低加热功率，系统对冬季工况和夏季工况分别给出了性能指标，夏季侧重于照度和温度指标，冬季侧重于照度和空调加热功率指标，分别建立了窗帘开度对工作面照度、室内温度、太阳能增益模型，控制部分简单，便于实现。

Description

一种自然采光控制系统

技术领域

本发明涉及照明设备技术领域，具体地说是一种自然采光控制系统。

背景技术

当前，我国面临着严峻的节能减排形势。在所有耗能产业中，建筑是能源消耗大户。如何减少建筑能源消耗，提高建筑能源效率，引起了人们广泛的关注和兴趣。我国自然光资源充足，但是利用自然光照明的应用并不多。在白天的工作时间，通常是第一个人进入房间，就打开照明，直到最后一个人离开房间，才会熄灭照明，造成了严重的能源浪费。

怎样有效利用自然光，节约照明用电，是我们面临的重要问题。通过对窗帘的控制实现自然采光，问题主要出在室外照度不断变化，太阳高度角的变化，天空云朵的移动，都会影响到进入室内光线的强度、方向，导致室内光照度的难以捉摸，给窗帘的控制带来诸多不便。根据室外光线的强弱、方向，灵活调节窗帘的开度，合理利用自然光，一直是利用窗帘采光控制的中心环节。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供的一种自然采光控制系统。

为实现上述目的，本发明提出一种自然采光控制系统，包括人体感应器、照度传感器、控制器、窗帘控制模块及照明控制模块，其特征为：所述人体感应器、照度传感器的输出端连接控制器，控制器输出端连接窗帘控制模块及照明控制模块，所述控制器为模糊控制器，其主要由模糊化、模糊规则及模糊推理、清晰化三部分组成。

所述模糊控制器形式为Mamdani型或Sugeno型。

所述模糊化是将模糊控制器输入量的确定值转换为相应模糊语言变量值的过程，此相应语言变量均由对应的隶属度来定义，所述模糊规则由若干条模糊条件语句组成，这些规则来自现场操作人员，利用模糊推理，由输入的模糊集合E得到输出的模糊集合U，所述清晰化也称为去模糊或解模糊，根据规则经过推理得到的是模糊集合，而实际被控对象所需要的控制信号是精确值，仍然无法用于实际控制，因此需要将模糊集合变成精确值。

所述窗帘控制模块包括电机、自动开闭窗帘，所述电机控制端连接控制器，电机主轴输出端配合连接自动开闭窗帘。

所述照明控制模块包括灯具、电子调光镇流器，所述电子调光镇流器控制端连接控制器，电子调光镇流器输出端连接灯具。

本发明的有益效果：

1.系统机构简单、清晰。由于太阳能增益对需要制冷的夏季起负作用，而在冬季有助于降低加热功率，系统对冬季工况和夏季工况分别给出了性能指标，夏季侧重于照度和温度指标，冬季侧重于照度和空调加热功率指标，分别建立了窗帘开度对工作面照度、室内温度、太阳能增益模型。

2.控制部分简单，便于实现。由于自然光具有易变性和难以捉摸的特性，为避免窗帘的频繁移动，利用模糊控制设计对窗帘进行控制。将自然采光控制和照明控制结合起来，提出了采光和照明综合控制设计：当室内有人，采用照度优先控制；室内无人，采用能量优先控制。

3.能耗计算方便。可以快速方便地计算出开关控制和调光控制下的照明能源消耗。

附图说明

图1为本发明系统框架示意图；

图2为本发明模糊控制器示意图；

图3为隶属度函数均匀对称分布图；

图4为隶属度函数非均匀对称分布图；

图5为窄型隶属度函数和宽型隶属度函数图。

具体实施方式

如图所示，一种自然采光控制系统，包括人体感应器、照度传感器、控制器、窗帘控制模块及照明控制模块，其特征为：所述人体感应器、照度传感器的输出端连接控制器，控制器输出端连接窗帘控制模块及照明控制模块，所述控制器为模糊控制器，其主要由模糊化、模糊规则及模糊推理、清晰化三部分组成。

(1)模糊化

模糊化是将模糊控制器输入量的确定值转换为相应模糊语言变量值的过程，此相应语言变量均由对应的隶属度来定义。

若以偏差e为输入，通过模糊化处理，用模糊语言变量E来描述偏差，以山T(E)记E的语言值集合，则有T(E)＝{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，或用其英文字头缩写表示成T(E)＝{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}。

一般来说，每个语言变量宜选用2-10个值，语言值多了会使控制规则变得复杂，制定起来也比较困难。因此，在选取语言变量值时，既要考虑到控制规则的灵活与细致性，又要兼顾其简单与易行的要求。

过程参数的变化范围是各不相同的，为了统一到指定的T(E)论域中来，模糊化的第一个任务是进行论域转换，过程参数的实际变化范围为基本论域，可以通过量化因子实现由基本论域到T(E)论域的变换。

设输入语言变量的基本论域为X＝[xL，xH]，xL表示低限值，xH表示高限值。把此论域转换成离散域N＝{-n，-n+1，…，-1，0，1，…，n-1，n}，在x。……x。范围内连续变化的输入语句变量离散化后分成2n个档数。需要经过转换系数来实现，两个论域间转换系数为：k＝2n/(xM-xL)，七为量化因子。若在X论域中有a，则可以找到论域N中的元素Y与之相应：Y2/ca，如果求出的y含有小数，则可以采用四舍五入的方法对y取整。在实际应用中，超过误差变化范围X＝[xL，xH]的值，一般作边界处理。k的大小决定了误差控制的灵敏度，k越大，控制灵敏度越高，反之越低。

模糊化的第二个任务是求得输入对应于语言变量的隶属度。语言变量的隶属度函数有两种表示方式，离散方式和连续方式。离散方式是只取论域中的离散点(整数值)及这些点的隶属度来描述一个语言变量。而连续方式将隶属度表示成论域变量的连续函数，最常见的函数形式是三角函数、正态函数以及梯形函数等。

确定语言变量的模糊子集的隶属度函数应注意：

一个语言变量的各个语言值之间没有明确的分界线，反映在模糊集的隶属度函数曲线上，就是这些隶属度函数必定有着相互重叠。在一个模糊控制系统中，隶属度函数之间的重叠程度直接影响着系统的性能，一般重叠率在[0.2，0.6]区间内选择。

隶属度函数在整个论域上可以是均匀对称分布(如图3)的，也可以是非均匀或不对称(如图4)的。图4可将三角形模糊子集的零值(ZE)固定在工作区，而其它模糊子集则向零靠近，这种分布有助于提高系统的控制精度。

在定义某一语言变量的模糊集合时，要考虑它们对论域[-n，+n]的覆盖程度，应使论域中的任何一点对这些模糊集合的隶属度的最大值都不能太小，否则在这样的点上会出现空档，从而引起失控。为此，语言变量的全部模糊集合所包含的隶属度对应的论域元素个数应是模糊集合的3到4倍。

隶属度函数的形状对控制效果影响较大，如图5，fa(x)是窄形隶属度函数，反映模糊集合A具有高分辨率特性。如果系统偏差采用高分辨率模糊集合A，则偏差控制的灵敏度便高。而fb(X)这样的宽型隶属度函数，反映模糊集合B具有低分辨率，控制灵敏度低的特点。因此一般在系统误差较大的范围内采用具有低分辨率隶属度函数的模糊集合而在系统误差较小或接近零时宜采用具有高分辨率隶属度函数的模糊集合。

(2)模糊规则和模糊推理

模糊规则由若干条模糊条件语句组成，这些规则可以来自现场操作人员或专家等，是对过程操作的经验性总结。利用模糊推理，可以由输入的模糊集合E得到输出的模糊集合U。

(3)清晰化

清晰化也称为去模糊或解模糊。根据规则经过推理得到的是模糊集合，而实际被控对象所需要的控制信号是精确值，仍然无法用于实际控制，因此需要将模糊集合变成精确值，这个过程称为精确化。

最常见的两种模糊控制器形式为Mamdani型和Sugeno型。

Mamdani型模糊控制器输入输出都为模糊集合，其形式上最接近人们模糊思维的模式。它的每个输入变量都有自己相应的一组模糊集合和隶属度函数，模糊规则的输入和输出部分也都是用模糊集合表示。Sugeno型模糊推理输入模糊化与Mamdani型一致，但输出部分采用单值函数。

所述窗帘控制模块包括电机、自动开闭窗帘，所述电机控制端连接控制器，电机主轴输出端配合连接自动开闭窗帘。所述照明控制模块包括灯具、电子调光镇流器，所述电子调光镇流器控制端连接控制器，其输出端连接灯具。

Claims (5)

1.一种自然采光控制系统，包括人体感应器、照度传感器、控制器、窗帘控制模块及照明控制模块，其特征为：所述人体感应器、照度传感器的输出端连接控制器，控制器输出端连接窗帘控制模块及照明控制模块，所述控制器为模糊控制器，其主要由模糊化、模糊规则及模糊推理、清晰化三部分组成。

2.按权利要求1所述的一种自然采光控制系统，其特征为：所述模糊化是将模糊控制器输入量的确定值转换为相应模糊语言变量值的过程，此相应语言变量均由对应的隶属度来定义，所述模糊规则由若干条模糊条件语句组成，这些规则来自现场操作人员，利用模糊推理，由输入的模糊集合E得到输出的模糊集合U，所述清晰化也称为去模糊或解模糊，根据规则经过推理得到的是模糊集合，而实际被控对象所需要的控制信号是精确值，仍然无法用于实际控制，因此需要将模糊集合变成精确值。

3.按权利要求1所述的一种自然采光控制系统，其特征为：所述模糊控制器形式为Mamdani型或Sugeno型。

4.按权利要求1所述的一种自然采光控制系统，其特征为：所述窗帘控制模块包括电机、自动开闭窗帘，所述电机控制端连接控制器，电机主轴输出端配合连接自动开闭窗帘。

5.按权利要求1所述的一种自然采光控制系统，其特征为：所述照明控制模块包括灯具、电子调光镇流器，所述电子调光镇流器控制端连接控制器，电子调光镇流器输出端连接灯具。

Images