CN114466492A - 一种基于模糊控制的路灯控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种基于模糊控制的路灯控制方法，应用于路灯的控制，有如下步骤：步骤S1，周期性的采集路灯中预设照度的设定值与照度计测量到实时测量的实测值；步骤S2，将设定值与测量值通过进行计算，得到照度偏差与照度偏差变化率；步骤S3，将照度偏差与照度偏差变化率处理后得到控制量，通过控制量得出输出调整信号；步骤S4，将输出调整信号经过去模糊化处理，实现光照强度改变；步骤S5，在照明电路的光照强度改变后，判断当前照度偏差，是否大于设定偏差，若大于，则转步骤S2，若小于，则结束。有益效果：将模糊控制策略应用于照明领域，模糊控制不依赖模型，具有较强抗干扰性，对于多因素变量的模型不确定情况有很好的控制效果。对节能减排具有重要意义。

Description

一种基于模糊控制的路灯控制方法及系统

技术领域

本发明涉及工业照明领域，尤其涉及玻璃工厂厂区照明的控制。

背景技术

玻璃厂一般分为原片生产车间区域，氮气、氢气制备区域，原料配料区域，公用工程区域。各个区域对于路灯的照度有不同的需求，例如原片生产车间区域的路灯仅作为夜间路面照明使用，不需太高的照度值，而氮气、氢气制备区域以及原料配料区域有时会有室外的操作需求，因此所需照度较高。然而根据规范要求，路灯间距为30米，若是为了满足氮氢制备区域的照度则会增加原片生产车间区域的照度，这就会造成电力浪费，不利于节能减排。

目前，在玻璃工厂内道路两旁的路灯都是由时间控制器控制开灯与关灯，而且还是全功率启停。这种控制方式存在几种缺陷。(1)忽略了周围环境的亮度，例如天没完全黑的时候，就已经打开了所有灯，这样做不利于节能环保；(2)忽略了玻璃厂各个生产区域所需的照度值的差异性，这会影响正常生产的进行。为了避免这些情况发生，则应该根据不同的生产区域以及各自的光照强度需求来确定各自区域路灯的光照强度，从而保证生产的同时也可以有效限制路灯的耗电量

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于模糊控制的路灯控制方法，应用于对玻璃厂区内各区域的路灯进行控制，其特征在于，针对每个所述路灯，所述路灯控制方法包括：

步骤S1，周期性地采集所述路灯的实际照度值；

步骤S2，将当前的所述实际照度值与预设的一标准照度值进行比较以得到一照度偏差值，随后根据所述照度偏差值处理得到一照度偏差变化率；

步骤S3，根据所述照度偏差值和所述照度偏差变化率处理得到一照度控制量，并根据所述照度控制量生成对应的照度控制信号，以对所述路灯进行照度控制。

优选的，所述步骤S2中，采用下述公式处理得到所述照度偏差值以及所述照度偏差变化率：

e＝e_t-e₀；

其中，

E用于表示所述照度偏差值；

e_t用于表示当前的t时刻测量得到的所述实际照度值；

e₀用于表示所述标准照度值；

ec用于表示所述照度偏差变化率。

优选的，预先设置多个所述照度控制量，每个所述照度控制量分别对应一个照度偏差集合，每个所述照度偏差集合中分别包括一个所述照度偏差值以及一个所述照度偏差变化率；

则所述步骤S3具体包括：

步骤S31，根据当前的所述照度偏差值和所述照度偏差变化率匹配得到一个对应的所述照度偏差集合；

步骤S32，根据所述照度偏差集合确定并提取对应的所述照度控制量；

步骤S33.根据所述照度控制量生成相应的所述照度控制信号，以对所述路灯进行照度控制。

优选的，预先设置所述照度控制量的方式包括：

步骤A1，预先处理形成关联于所述路灯的多个所述照度偏差值以及所述照度偏差变化率，以形成多个所述照度偏差集合；

步骤A2，针对每个所述照度偏差集合，处理得到对应的初始控制量；

步骤A3，按照专家经验对所述初始控制量进行调整，以形成所述照度控制量。

优选的，所述步骤A2中，采用下述公式处理得到所述初始控制量：

u₀＝ec*e；

其中，

ec用于表示所述照度偏差变化率；

e用于表示所述照度偏差值；

u₀用于表示所述初始控制量；

*用于表示笛卡尔乘积的计算方式。

优选的，预设的所述照度偏差集合中的所述照度偏差值和所述照度偏差变化率均经过了模糊化处理；

则所述步骤S31中，首先采用匹配于所述照度偏差集合的模糊尺度，对当前的所述照度偏差值和所述照度偏差变化率进行模糊化处理，随后再将经过模糊化处理的当前的的所述照度偏差值和所述照度偏差变化率与所述照度偏差集合进行匹配。

优选的，执行所述步骤S3后，还包括：

步骤S4，采集所述路灯当前的所述实际照度值，并与所述标准照度值进行比较：

若所述实际照度值与所述标准照度值的偏差处于一预设范围内，则表示针对路灯的照度控制成功；

若所述实际照度值与所述标准照度值的偏差未处于所述预设范围内，则表示针对路灯的照度控制失败，随后返回所述步骤S2。

优选的，所述预设范围为所述标准照度值的1％以内。

本发明还提供一种基于模糊控制的路灯控制系统，应用于对玻璃厂区内各区域的路灯进行控制，其特征在于，应用于上述的路灯控制方法，并包括：采集单元，用于周期性地采集所述路灯的实际照度值；

比较单元，连接所述采集单元，用于将当前的所述实际照度值与预设的一标准照度值进行比较，以得到一照度偏差值；

第一处理单元，连接所述比较单元，用于根据所述照度偏差值处理得到一照度偏差变化率；

第二处理单元，连接所述第一处理单元，用于根据所述照度偏差值和所述照度偏差变化率处理得到一照度控制量；

控制单元，连接所述第二处理单元，用于根据所述照度控制量生成对应的照度控制信号，并采用所述照度控制信号对所述路灯进行照度控制。

优选的，处理单元中具体包括：

存储模块，用于预先存储多个所述照度控制量，每个所述照度控制量分别对应一个照度偏差集合，每个所述照度偏差集合中分别包括一个所述照度偏差值以及一个所述照度偏差变化率；

匹配模块，连接所述存储模块，用于根据当前的所述照度偏差值和所述照度偏差变化率匹配得到一个对应的所述照度偏差集合；

提取模块，连接所述匹配模块，用于根据所述照度偏差集合确定并提取对应的所述照度控制量。

有益效果：将模糊控制策略应用于自然光照明领域，由于模糊控制不依赖模型，并具有较强的抗干扰性，对于多因素变量下的模型不确定情况有很好的控制效果。这会对节能减排具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的较佳的实施例中，控制方法的总体流程图；

图2为本发明的较佳的实施例中，照度控制信号提取流程图；

图3为本发明的较佳的实施例中，照度控制量设置方式流程图；

图4为本发明的较佳的实施例中，路灯控制系统的总体结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种基于模糊控制的路灯控制方法，应用于对玻璃厂区内各区域的路灯进行控制，其特征在于，针对每个路灯，路灯控制方法包括，如图1所示：

步骤S1，周期性地采集路灯的实际照度值；

步骤S2，将当前的实际照度值与预设的一标准照度值进行比较以得到一照度偏差值，随后根据照度偏差值处理得到一照度偏差变化率；

步骤S3，根据照度偏差值和照度偏差变化率处理得到一照度控制量，并根据照度控制量生成对应的照度控制信号，以对路灯进行照度控制。

具体的，本实施例中，玻璃厂内的各个区域都有对应的路灯组，上述方法应用于实施路灯组内的多个路灯的控制，可以通过控制单个路灯的照度实现组内路灯不同的照度控制，实现照度不变，能耗降低的效果；

本发明较佳的实施例中，步骤S2中，采用下述公式处理得到照度偏差值以及照度偏差变化率：

e＝e_t-e₀；

其中，

E用于表示照度偏差值；

e_t用于表示当前的t时刻测量得到的实际照度值；

e₀用于表示标准照度值；

ec用于表示照度偏差变化率。

具体的，本实施例中，使用t时刻的实测照度值减去标准照度值可以得到照度偏差值，再将照度偏差值针对时间进行求导，得到上述照度偏差变化率，上述照度偏差变化率反映了一定时间内照度变化的速率。

本发明较佳的实施例中，预先设置多个照度控制量，每个照度控制量分别对应一个照度偏差集合，每个照度偏差集合中分别包括一个照度偏差值以及一个照度偏差变化率；

则步骤S3具体包括，如图2所示：

步骤S31，根据当前的照度偏差值和照度偏差变化率匹配得到一个对应的照度偏差集合；

步骤S32，根据照度偏差集合确定并提取对应的照度控制量；

步骤S33.根据照度控制量生成相应的照度控制信号，以对路灯进行照度控制。

具体的，本实施例中，将照度偏差值按照一定的梯度进行离散值的划分，并根据照度偏差值计算得到对应的照度偏差变化率，从而形成照度偏差集合，并根据不同的照度偏差集合设定不同的照度控制量。例如：

首先，将照度离散化，以50流明为梯度，将照度的偏差值的最高值与最低值分别设置为300与-300(该最高值与最低值和不同路灯的照度极限范围相关，下文中不再赘述)，并在上述照度的偏差值的范围内得到离散值的照度偏差值集合：{-250，-200，-150，-100，-50，0，50，100，150，200，250}。

随后，将上述照度偏差值集合进行模糊化处理，即通过一预设的模糊尺度(本实施例中设定为100)，将上述照度偏差值集合模糊化处理形成：e＝{-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5}。

相应地，根据获取到的照度偏差值集合{-250，-200，-150，-100，-50，0，50，100，150，200，250}处理得到对应的照度偏差变化率，并进行同样尺度的模糊化处理后得到照度偏差变化率集合。将照度偏差值集合中的各个数值与照度偏差变化率集合中的各个数据进行一一对应组合，以形成多个照度偏差集合，每个照度偏差集合中包括一个经过模糊化处理的照度偏差值以及对应于该照度偏差值且同样经过模糊化处理的照度偏差变化率。

则在实际将照度偏差值和照度偏差变化率和各个照度偏差值集合进行匹配的过程中，为了统一匹配数值，事先将当前采集到的照度偏差值和对应的照度偏差变化率以统一于上述照度偏差值集合的模糊尺度(在上述实施例中为100)进行模糊化处理，在进行模糊化处理后依据照度偏差集合中的数值进行四舍五入的模糊匹配。例如，当前的照度偏差值为470，则经过模糊化处理后得到4.7，而预设的照度偏差集合中并不存在照度偏差值为4.7的数值，仅存在有整数例如3、4、5等数值，此时将4.7四舍五入为5，再进行匹配。照度偏差变化率的处理方式相同，在此不再赘述。只有对当前的照度偏差值和照度偏差变化率进行上述处理后，才能保证匹配到对应的照度偏差集合，同时也能保证照度偏差集合中的数值不至于过多，从而避免计算量过大的问题。

本发明较佳的实施例中，预先设置照度控制量的方式包括，如图3所示：

步骤A1，预先处理形成关联于路灯的多个照度偏差值以及照度偏差变化率，以形成多个照度偏差集合；

步骤A2，针对每个照度偏差集合，处理得到对应的初始控制量；

步骤A3，按照专家经验对初始控制量进行调整，以形成照度控制量。

具体的，本实施例中，针对照度偏差之以及照度偏差变化率的处理通过归一化方法进行，例如，针对控制量的论域{0，1}，可以通过公式进行合成，并且通过专家经验对于上述初始控制量调整后，生成模糊控制规则赋值表，

上述模糊规则控制赋值表，使得根据每一个照度给定值的偏差与偏差变化率都可以通过赋值表得到唯一对应的输出调整信号。

本发明较佳的实施例中，步骤A2中，采用下述公式处理得到初始控制量：

u₀＝ec*e；

其中，

ec用于表示照度偏差变化率；

e用于表示照度偏差值；

u₀用于表示初始控制量；

*用于表示笛卡尔乘积的计算方式。

本发明较佳的实施例中，预设的照度偏差集合中的照度偏差值和照度偏差变化率均经过了模糊化处理；

则步骤S31中，首先采用匹配于照度偏差集合的模糊尺度，对当前的照度偏差值和照度偏差变化率进行模糊化处理，随后再将经过模糊化处理的当前的的照度偏差值和照度偏差变化率与照度偏差集合进行匹配。

具体的，本实施例中，对于上述模糊化处理为将照度偏差离散化，并将具体的照度偏差值采用四舍五入法归为可匹配照度偏差变化率与照度偏差集合的数值。

本发明较佳的实施例中，执行步骤S3后，还包括：

步骤S4，采集路灯当前的实际照度值，并与标准照度值进行比较：

若实际照度值与标准照度值的偏差处于一预设范围内，则表示针对路灯的照度控制成功；

若实际照度值与标准照度值的偏差未处于预设范围内，则表示针对路灯的照度控制失败，随后返回步骤S2。

具体的，本实施例中，若实际照度值与标准照度值的偏差过大，是模糊控制的正常表现，通过将结构作为反馈值发回，可以作为调整控制的参数。

本发明较佳的实施例中，预设范围为标准照度值的1％以内。

具体的，设置较高的控制精度可以使得使用人员在直观感受上无法分辨与原照度值的变化，通过保持这个精度不断地修订，使得上述路灯组保持恒定照度。

本发明的技术方案还提供一种基于模糊控制的路灯控制系统，应用于对玻璃厂区内各区域的路灯进行控制，其特征在于，应用于上述的路灯控制方法，并包括，如图4所示：采集单元1，用于周期性地采集路灯的实际照度值；

比较单元2，连接采集单元1，用于将当前的实际照度值与预设的一标准照度值进行比较，以得到一照度偏差值；

第一处理单元3，连接比较单元2，用于根据照度偏差值处理得到一照度偏差变化率；

第二处理单元4，连接第一处理单元3，用于根据照度偏差值和照度偏差变化率处理得到一照度控制量；

控制单元5，连接第二处理单元4，用于根据照度控制量生成对应的照度控制信号，并采用照度控制信号对路灯进行照度控制。

具体的，上述控制单元5将经过对应的照度控制信号处理过的照度反馈给采集单元1，实现反馈控制。

本发明较佳的实施例中，处理单元中具体包括：

存储模块41，用于预先存储多个照度控制量，每个照度控制量分别对应一个照度偏差集合，每个照度偏差集合中分别包括一个照度偏差值以及一个照度偏差变化率；

匹配模块42，连接存储模块41，用于根据当前的照度偏差值和照度偏差变化率匹配得到一个对应的照度偏差集合；

提取模块43，连接匹配模块42，用于根据照度偏差集合确定并提取对应的照度控制量。

具体的，根据通过存储模块41可以将所有的上述笛卡尔乘积的结果进行保存，并提供给匹配模块42进行对应选取，提取模块43并不是提取上述笛卡尔乘积的结果，而是通过结果确定并提取清晰化的照度控制量。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于模糊控制的路灯控制方法，应用于对玻璃厂区内各区域的路灯进行控制，其特征在于，针对每个所述路灯，所述路灯控制方法包括：

步骤S1，周期性地采集所述路灯的实际照度值；

步骤S2，将当前的所述实际照度值与预设的一标准照度值进行比较以得到一照度偏差值，随后根据所述照度偏差值处理得到一照度偏差变化率；

步骤S3，根据所述照度偏差值和所述照度偏差变化率处理得到一照度控制量，并根据所述照度控制量生成对应的照度控制信号，以对所述路灯进行照度控制。

2.如权利要求1所述的路灯控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用下述公式处理得到所述照度偏差值以及所述照度偏差变化率：

e＝e_t-e₀；

其中，

E用于表示所述照度偏差值；

e_t用于表示当前的t时刻测量得到的所述实际照度值；

e₀用于表示所述标准照度值；

ec用于表示所述照度偏差变化率。

3.如权利要求1所述的路灯控制方法，其特征在于，预先设置多个所述照度控制量，每个所述照度控制量分别对应一个照度偏差集合，每个所述照度偏差集合中分别包括一个所述照度偏差值以及一个所述照度偏差变化率；

则所述步骤S3具体包括：

步骤S31，根据当前的所述照度偏差值和所述照度偏差变化率匹配得到一个对应的所述照度偏差集合；

步骤S32，根据所述照度偏差集合确定并提取对应的所述照度控制量；

步骤S33.根据所述照度控制量生成相应的所述照度控制信号，以对所述路灯进行照度控制。

4.如权利要求3所述的路灯控制方法，其特征在于，预先设置所述照度控制量的方式包括：

步骤A1，预先处理形成关联于所述路灯的多个所述照度偏差值以及所述照度偏差变化率，以形成多个所述照度偏差集合；

步骤A2，针对每个所述照度偏差集合，处理得到对应的初始控制量；

步骤A3，按照专家经验对所述初始控制量进行调整，以形成所述照度控制量。

5.如权利要求4所述的路灯控制方法，其特征在于，所述步骤A2中，采用下述公式处理得到所述初始控制量：

u₀＝ec*e；

其中，

ec用于表示所述照度偏差变化率；

e用于表示所述照度偏差值；

u₀用于表示所述初始控制量；

*用于表示笛卡尔乘积的计算方式。

6.如权利要求3所述的路灯控制方法，其特征在于，预设的所述照度偏差集合中的所述照度偏差值和所述照度偏差变化率均经过了模糊化处理；

则所述步骤S31中，首先采用匹配于所述照度偏差集合的模糊尺度，对当前的所述照度偏差值和所述照度偏差变化率进行模糊化处理，随后再将经过模糊化处理的当前的的所述照度偏差值和所述照度偏差变化率与所述照度偏差集合进行匹配。

7.如权利要求1所述的路灯控制方法，其特征在于，执行所述步骤S3后，还包括：

步骤S4，采集所述路灯当前的所述实际照度值，并与所述标准照度值进行比较：

若所述实际照度值与所述标准照度值的偏差处于一预设范围内，则表示针对路灯的照度控制成功；

若所述实际照度值与所述标准照度值的偏差未处于所述预设范围内，则表示针对路灯的照度控制失败，随后返回所述步骤S2。

8.如权利要求7所述的路灯控制方法，其特征在于，所述预设范围为所述标准照度值的1％以内。

9.一种基于模糊控制的路灯控制系统，应用于对玻璃厂区内各区域的路灯进行控制，其特征在于，应用如权利要求1-8中任意一项所述的路灯控制方法，并包括：采集单元，用于周期性地采集所述路灯的实际照度值；

比较单元，连接所述采集单元，用于将当前的所述实际照度值与预设的一标准照度值进行比较，以得到一照度偏差值；

第一处理单元，连接所述比较单元，用于根据所述照度偏差值处理得到一照度偏差变化率；

第二处理单元，连接所述第一处理单元，用于根据所述照度偏差值和所述照度偏差变化率处理得到一照度控制量；

控制单元，连接所述第二处理单元，用于根据所述照度控制量生成对应的照度控制信号，并采用所述照度控制信号对所述路灯进行照度控制。

10.如权利要求9所述的路灯控制系统，其特征在于，所述第二处理单元中具体包括：

存储模块，用于预先存储多个所述照度控制量，每个所述照度控制量分别对应一个照度偏差集合，每个所述照度偏差集合中分别包括一个所述照度偏差值以及一个所述照度偏差变化率；

匹配模块，连接所述存储模块，用于根据当前的所述照度偏差值和所述照度偏差变化率匹配得到一个对应的所述照度偏差集合；

提取模块，连接所述匹配模块，用于根据所述照度偏差集合确定并提取对应的所述照度控制量。

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