JP2011222429A - 照明の調光制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】オフィス等の既設の照明に容易に適用することができ、簡単に構成することができる調光制御システムを提供する。
【解決手段】ｍ個の照明装置とｎ個の照度検出器制御装置とを備え、制御装置は、各照度検出器で検出される照度Ｅ_ｉに対する各照明装置から照出される照光の照度Ｆ_ｊの寄与度ａ_ｉ，ｊを寄与度記憶手段に記憶する。各照度検出器で検出される照度を検出照度ベクトルＥ、各照明装置から照出される照度を出力照度ベクトルＦ、各照度検出器における目標照度を目標照度ベクトルＥ_０とする。出力照度算出手段は、各照度検出器で検出される照度から、寄与度ａ_ｉ，ｊに基づき、検出照度ベクトルＥと目標照度ベクトルＥ_０との距離｜Ｅ−Ｅ_０｜からなる評価関数を最小化する出力照度ベクトルＦを算出する。出力照度制御手段は、各照明装置の照度出力を、出力照度算出手段により算出される出力照度ベクトルＦとなるように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の照明器具により照光される照明空間内の調光を行う照明制御システムに関する。

近年、地球環境への影響や化石燃料の枯渇の問題に関係して、省エネルギー化が強く求められている。そのため、現在、多くを化石燃料に依存している電気エネルギーを消費する機器についても、省エネルギー化は重要な課題である。照明機器も例外ではなく、近年は照度検出器と組み合わせることによって照度を一定に保持し省電力化を図る照明器具が開発されている。

現在、我が国の年間消費電力は約１０，０００億ｋＷｈであるが、そのうち約３０％がオフィス等の事業所で消費されており、その約３０％は照明用途である。オフィス等の室内照明の省電力化は、個人の意識に依存した節電から、机上のパソコンに接続した照度検出器、天井灯照明、及び制御装置をＬＡＮ（Local Area Network）で接続し、机上の照度を最適に制御する大規模なシステムまで提案されている。

オフィスの照明において、ある机上の照度は複数の天井灯からの照明の照度の和である。机上の照度を所望の値に制御するには、それぞれの天井灯の照明からの寄与の大きさを識別する手段が必要であり、それぞれの照明の光を固有の符号で変調する方法が提案されている。

特表２００６−５１１０５４号公報 特表２００８−５３７３０６号公報

しかし、上記従来の照明制御システムは、複雑な構成の機器を必要とし、特に既設の照明を省電力化する場合には、コストの負担が大きくなる。また、照明器具の大部分を占める蛍光灯照明にあっては、人間の眼に感知できないように光を変調することは困難である。

そこで、本発明の目的は、オフィス等の既設の照明に容易に適用することができ、簡単に構成することができる調光制御システムを提供することにある。

本発明の照明制御システムは、同一の照明空間内の各所に設置されたｍ個（ｍ≧２）の照明装置と、
前記照明空間内の各位置に設置され、その位置における照度を検出する、ｎ個（ｎ≧１）の照度検出器と、
前記各照明装置及び前記各照度検出器と通信回線により接続された制御装置と、
を備えた照明制御システムであって、
前記制御装置は、
前記各照度検出器で検出される照度Ｅ_ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）に対する前記各照明装置から照出される照光の照度Ｆ_ｊ（ｊ＝１，…，ｍ）の寄与の割合である寄与度ａ_ｉ，ｊを記憶する寄与度記憶手段と、
前記各照度検出器で検出される照度からなるベクトル（Ｅ_１，…，Ｅ_ｎ）を検出照度ベクトルＥ、前記各照明装置から照出される照光の照度からなるベクトル（Ｆ_１，…，Ｆ_ｍ）を出力照度ベクトルＦ、前記各照度検出器における照度の目標値からなるベクトル（Ｅ_０１，…，Ｅ_０ｎ）を目標照度ベクトルＥ_０とするとき、前記各照度検出器で検出される照度（Ｅ_１，…，Ｅ_ｎ）から、前記寄与度ａ_ｉ，ｊに基づき、検出照度ベクトルＥと目標照度ベクトルＥ_０との距離｜Ｅ−Ｅ_０｜からなる評価関数を最小化する出力照度ベクトルＦを算出する出力照度算出手段と、
前記各照明装置の照度出力を、前記出力照度算出手段により算出される出力照度ベクトルＦとなるように制御する出力照度制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、各照度検出器で検出される照度Ｅ_ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）について、寄与度記憶手段には、各照明装置から照出される照光の照度Ｆ_ｊ（ｊ＝１，…，ｍ）の寄与の割合（寄与度）ａ_ｉ，ｊがあらかじめ記憶されている。各照明装置の照度を制御する場合、出力照度算出手段は、各照度検出器で検出される照度（Ｅ_１，…，Ｅ_ｎ）から、寄与度ａ_ｉ，ｊに基づいて、検出照度ベクトルＥと目標照度ベクトルＥ_０の距離｜Ｅ−Ｅ_０｜を最小化する出力照度ベクトルＦを算出する。そして、出力照度制御手段は、各照明装置の照度出力を、出力照度算出手段により算出される出力照度ベクトルＦとなるように制御する。

従って、各照明装置から照出される照光そのまま測定して出力照度ベクトルＦを算出するため、各照明装置から照出される照光を変調する等の特別な装置は必要とせず、そのまま既設の照明設備に適用することができる。また、各照明装置以外の外光（例えば、窓から差し込む太陽光）がある場合にも、その外光の影響も繰り込んで出力照度ベクトルＦが算出されるため、最適な照光制御が可能となり、省エネルギー化を図ることができる。

ここで、寄与度記憶手段に記憶される寄与度ａ_ｉ，ｊは、あらかじめ照明テストを行うことにより算出される。また、「距離」とは、ユークリッド距離以外にも二乗距離、絶対値距離等の距離を使用することができる。

また、本発明において、前記出力照度算出手段は、前記各照明装置で消費される電力の和である全消費電力Ｐ＝α（Ｆ_１＋…＋Ｆ_ｍ）（αは正の定数）と、前記検出照度ベクトルＥと前記目標照度ベクトルＥ_０との距離｜Ｅ−Ｅ_０｜の加重和β｜Ｅ−Ｅ_０｜＋γＰ（β，γは重み定数）からなる評価関数を最小化する出力照度ベクトルＦを算出し、
前記出力照度制御手段は、前記各照明装置の照度出力を、前記出力照度算出手段により算出される出力照度ベクトルＦとなるように制御するようにすることができる。

この構成によれば、γの値が大きくなるに従って、全体の消費電力Ｐを小さくすることがより優先されるため、より省電力化を優先させた照度制御を行うことが可能となる。

ここで、β，γは重み定数であり、この照明制御システムの適用場面により、適宜設定される定数値である。

また、本発明において、前記評価関数において、距離｜Ｅ−Ｅ_０｜の代わりに、何れかの前記照度検出器で検出される照度Ｅ_ｉについてＥ_ｉ＜Ｅ_０のときは１より大きな値となり、それ以外の場合は１となるペナルティ係数ｐを積算した修正距離ｐ｜Ｅ−Ｅ_０｜を使用することを特徴とする。

この構成によれば、Ｅ_ｉ＜Ｅ_０（∃ｉ）のときはペナルティ係数ｐが１より大きな値となるため、制御においてＥ_ｉ＜Ｅ_０となる方向には移行しにくくなり、常にＥ_ｉ≧Ｅ_０（∀ｉ）となることが補償された制御を行うことが可能となる。従って、照度検出器が置かれた各地点の照度がＥ_ｉ≧Ｅ_０に補償されるため、照明空間内の利用者が照度が不足することによる不快感を受けることを防止できる。

ここで、Ｅ＜Ｅ_０のときのペナルティ係数ｐの値は１より大きい値であれば自由に設定してよいが、通常は１００程度の値に設定される。

さらに、本発明において、前記出力照度算出手段は、前記各照度検出器から入力される各時刻の検出照度ベクトルＥと前記寄与度ａ_ｉ，ｊに基づき、粒子群最適化法（ＰＳＯ法）によって、前記評価関数を減少させる方向に変化させるように出力照度ベクトルＦを逐次算出し、
前記出力照度制御手段は、前記各照明装置の照度出力を、前記出力照度算出手段により逐次算出される出力照度ベクトルＦとなるように制御するようにすることができる。

このように、評価関数の最小化に粒子群最適化法を用いて制御を行うことにより、出力照度ベクトルＦの最適値への収束が非常に高速化され、外光の変動に対して素早く応答して最適な照度制御を行うことが可能となる。また、粒子群最適化法はアルゴリズムが簡単であるため、実装も容易である。

さらに、本発明において、前述の構成に加えて、前記各照明装置を１つずつ順次点灯させるとともに、点灯されたｊ番目（ｊ＝１，…，ｍ）の前記照明装置の照度を所定の照度Ｆ_ｊ ^（０）に調光する制御を行う参照照度制御手段と、
前記参照照度制御手段により、ｊ番目（ｊ＝１，…，ｍ）の前記照明装置が点灯された状態で、前記各照度検出器から前記検出照度ベクトルＥが入力されると、ａ_ｉｊ＝Ｅ_ｉ（Ｆ_ｊ ^（０））／Ｆ_ｊ ^（０）により前記寄与度ａ_ｉ，ｊを算出し、前記寄与度記憶手段に保存する寄与度算出手段を備えた構成とすることができる。

さらに、本発明において、前記各照度検出器には、当該照度検出器の機能をＯＮ／ＯＦＦする照度センサスイッチ回路を備え、
前記出力照度算出手段は、前記各照度検出器のうちＯＮ状態の照度検出器が出力する照度値Ｅ_ｉのみに基づいて前記評価関数を最小化する出力照度ベクトルＦを算出するようにすることができる。

この構成により、照度制御を行う必要のない場所にある照度検出器を、照度センサスイッチ回路によってＯＦＦ状態とすれば、無駄な照度制御が行われることがなくなり、より省エネルギー化を推進することができる。

ここで、照度センサスイッチ回路は、通常のＯＮ／ＯＦＦ切替スイッチを用いることができる他、人感センサスイッチのように、照度検出器の近傍に人がいる場合にＯＮとなり、人がいない場合に自動的にＯＦＦとなるスイッチ回路を使用することもできる。

以上のように、本発明によれば、オフィス等の既設の照明に容易に適用することができ、簡単に構成することができる調光制御システムを提供することができる。また、複数の照明装置を用いた照明を行う際に、各照明装置が必要最小限の出力値に制御されるため、照明機器の省エネルギー化を推進することができる。

本発明の実施例１に係る調光制御システムの構成を表すブロック図である。 照度検出器３−ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）の内部構成を表すブロック図である。 照明装置２−１，２−２，…，２−ｍと照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎの配置と各照光の関係を表した図である。 照明装置２−１，２−２，…，２−ｍと照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎの配置と各照光の関係を表した図である。 本実施例の調光制御システム１において、出力照度算出手段１３による出力照度ベクトルＦの逐次算出にＰＳＯ法を適用した場合の処理の流れを表すフローチャートである。 ４つの照明装置Light1〜Light4により照明された窓のある照明空間（室内空間）内に、３つの照度検出器Sensor1〜Sensor3を設置し、全ての照度検出器Sensor1〜Sensor3をＯＮ状態として本実施例の調光制御システム１による調光制御を行った例である。 図６と同じ条件において、１日にわたって本実施例の調光制御システム１を使用して調光制御を行ったときの各時刻の電力の削減効果を表したグラフである。 図６と同様の照明装置と照度検出器の配置において、照度検出器Sensor3の近傍に人がいないため照度検出器Sensor3の照度センサスイッチ回路をＯＦＦ状態とした場合の例である。 図８と同じ条件において、１日にわたって本実施例の調光制御システム１を使用して調光制御を行ったときの各時刻の電力の削減効果を表したグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る調光制御システムの構成を表すブロック図である。調光制御システム１は、ｍ個の照明装置２−１，２−２，…，２−ｍ（ｍ≧２）により照明空間Ｓ内の照明を制御するシステムである。照明空間Ｓは、オフィスや居室などの室内空間に限られず、野球場やサッカー場など照明灯により照明されるような開いた空間であってもよい。各照明装置２−１，２−２，…，２−ｍは照明空間Ｓを均一に照明できるように、適所に分散して配置されている。尚、各照明装置２−１，２−２，…，２−ｍは、蛍光灯、電球、水銀灯、ＬＥＤ照明等の一般的な各種照明器具を使用することができる。

調光制御システム１は、ｎ個の照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎ（ｎ≧１）と照度制御装置４を備えている。各照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎは、照明空間Ｓ内の床面又は机上の各所に設けられている。これら各照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎは、その位置における照度を検出するセンサである。照度制御装置４と各照明装置２−１，２−２，…，２−ｍとは通信回線５により接続されており、照度制御装置４と各照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎは通信回線６により接続されている。尚、通信回線５，６は、有線回線でもよいし無線回線でもよい。

各照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎは、それぞれ照度センサスイッチ回路３−１ａ，３−２ａ，…，３−ｎａを備えている。各照度センサスイッチ回路３−ｉａ（ｉ＝１，…，ｎ）は、照度検出器３−ｉの機能をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ回路であり、通常のＯＮ／ＯＦＦ切替スイッチの他に、近傍に人がいるのを関知すると自動的にＯＮ状態となり、人が感知されなければ自動的にＯＦＦ状態となる人感センサスイッチを使用することもできる。

また、照度制御装置４は、ハードウェア的には一般のマイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）等により構成され、機能的には、寄与度記憶手段１０、入力側Ｉ／Ｆ１１、出力側Ｉ／Ｆ１２、出力照度算出手段１３、出力照度制御手段１４、参照照度制御手段１５、及び寄与度算出手段１６を備えている。

寄与度記憶手段１０は、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ハードディスク装置（ＨＤＤ）などの不揮発性記憶装置により構成される。寄与度記憶手段１０は、各照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎで検出される照度Ｅ_ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）に対する各照明装置２−１，２−２，…，２−ｍから照出される照光の照度Ｆ_ｊ（ｊ＝１，…，ｍ）の寄与の割合である寄与度ａ_ｉ，ｊを記憶する。ここで、寄与度ａ_ｉ，ｊは、次式のような寄与度行列Ａとして表される。

また、以下では、各照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎで検出される照度Ｅ_ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）を照度ベクトルＥ、各照明装置２−１，２−２，…，２−ｍから照出される照光の照度Ｆ_ｊ（ｊ＝１，…，ｍ）を出力照度ベクトルＦとして、それぞれ次式のように表す。

本実施例の調光制御システム１は、上記照度ベクトルＥが、所定の目標照度ベクトルＥ_０＝（Ｅ_０１，Ｅ_０２，…，Ｅ_０ｎ）となるように、それぞれの照明装置２−１，２−２，…，２−ｍの出力を制御するものである。

尚、照明空間Ｓには、各照明装置２−１，２−２，…，２−ｍから照出される照光以外に、外光が入光している。この外光は各照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎに入光する成分で表され、それぞれの外光成分の照度をＮ_ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）とし、以下では次式のような外光照度ベクトルＮで表すこととする。

入力側Ｉ／Ｆ１１は、各照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎから出力される照度検出信号を照度制御装置４に入力するためのインタフェースである。出力側Ｉ／Ｆ１２は、照度制御装置４から各照明装置２−１，２−２，…，２−ｍに対して出力制御信号を出力するためのインタフェースである。

出力照度算出手段１３は、各照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎで検出される照度（Ｅ_１，…，Ｅ_ｎ）から、寄与度ａ_ｉ，ｊに基づいて、検出照度ベクトルＥと目標照度ベクトルＥ_０との距離｜Ｅ−Ｅ_０｜を最小とする出力照度ベクトルＦを算出する。
出力照度制御手段１４は、各照明装置２−１，２−２，…，２−ｍの照度出力が、出力照度算出手段１３により算出される出力照度ベクトルＦになるように制御するコントローラである。

参照照度制御手段１５は、寄与度行列Ａを実測するために各照明装置２−１，２−２，…，２−ｍの出力の制御を行う制御装置である。また、寄与度算出手段１６は、参照照度制御手段１５の制御に対応して、各照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎから出力される照度を検出し、寄与度行列Ａを算出して寄与度記憶手段１０に格納する。

図２は、照度検出器３−ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）の内部構成を表すブロック図である。照度検出器３−ｉは、フォトセンサ２１及び計測回路２２を備えている。計測回路２２は、アンプ２３、Ａ／Ｄ変換器２４及びインタフェース部（Ｉ／Ｆ）２５を備えている。フォトセンサ２１は、照光を検出し電圧信号に変換する。計測回路２２は、アンプ２３でこの電圧信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器２４によりデジタル値に変換して、Ｉ／Ｆ２５から通信回線６を介して照度制御装置４へ出力する。

図３は、各照明装置２−ｊ（ｊ＝１，…，ｍ）の内部構成を表すブロック図である。各照明装置２−ｊは、通信回線５を介して照度制御装置４との通信を行うためのインタフェース回路（Ｉ／Ｆ）３１、調光制御回路３２、及び照明器具３３から構成されている。調光制御回路３２は、照度制御装置４から通信回線５及びＩ／Ｆ３１を介して送信される信号に従って、照明器具３３に供給する電流を制御することで、照明器具３３から照光される出力照度Ｆ_ｊの制御を行う装置である。照明器具３３には、通常の蛍光灯、電球、水銀灯、ＬＥＤ照明等の各種照明器具が使用される。

以上のように構成された本実施例１の調光制御システム１について、以下その動作を説明する。

（１）各照度検出器で測定される光
図４は、照明装置２−１，２−２，…，２−ｍと照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎの配置と各照光の関係を表した図である。説明のため、此処ではｍ＝４，ｎ＝５として説明する。また、照明空間Ｓには自然光が差し込む窓が配設されており、この窓から外光が差し込んでいる。各照明装置２−１，２−２，２−３，２−４からは照度Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３，Ｆ_４の光束が出力される。各照度検出器３−ｉ（ｉ＝１，２，３，４，５）には、各照明装置２−ｊ（ｊ＝１，２，３，４）から照度ａ_ｉｊＦ_ｉの照光が入光される。また、各照度検出器３−ｉ（ｉ＝１，２，３，４，５）には、外光Ｎ_ｊが入光される。従って、照度ベクトルＥは次式のように表される。

また、すべての照明装置２−１，２−２，…，２−ｍで消費される全消費電力Ｐは、次式で表される。

αは、照度と電力を関係づける比例定数である。αは電力の単位設定によって適宜設定される値であるため、ここでは簡単のためα＝１とする。

（２）寄与度行列Ａの測定
まず、事前準備として、照明装置２−１，２−２，…，２−ｍと照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎの配置に対して、寄与度行列Ａを測定しておかなければならない。寄与度行列Ａは、照明装置２−１，２−２，…，２−ｍと照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎの配置やその他照明空間Ｓ内の物体の配置が変更されない限りは一定である。従って、寄与度行列Ａの測定は、初期設定のときのみ行えばよい。

まず、外光を遮断しておく。そして、この状態で、参照照度制御手段１５は、各照明装置２−１，２−２，…，２−ｍを順番に１つずつ点灯するように制御する。このときの各照明装置２−ｊの出力照度Ｆ_ｊ ^（０）は既知の値である。寄与度算出手段１６は、各照明装置２−ｊが点灯したときに各照度検出器３−ｉで検出される照度Ｅ_ｉ（Ｆ_ｊ ^（０））を測定する。これにより、寄与度ａ_ｉ，ｊを測定することができる。

例えば、照明装置２−ｊが点灯している場合、照度検出器３−ｉが検出する照度Ｅ_ｉは、Ｅ_ｉ（Ｆ_ｊ ^（０））＝ａ_ｉｊＦ_ｊ ^（０）となる。従って、ａ_ｉｊ＝Ｅ_ｉ（Ｆ_ｊ ^（０））／Ｆ_ｊ ^（０）により算出される。算出された寄与度ａ_ｉ，ｊは、寄与度記憶手段１０に保存される。

（３）各照明装置の制御（全消費電力を考慮しない場合）
次に、上記調光制御システム１において、全消費電力Ｐを考慮せずに各照明装置２−１，２−２，…，２−ｍの出力照度を最適化する場合の制御方法について説明する。この場合、調光制御システム１は、ＯＮ状態にある各照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎにより検出される照度ベクトルＥと寄与度記憶手段１０に保存された寄与度行列Ａ＝（ａ_ｉ，ｊ）に基づいて各照明装置２−１，２−２，…，２−ｍの出力を制御する。

まず、ＯＮ状態にある各照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎにより照度ベクトルＥ＝（Ｅ_１，Ｅ_２，…，Ｅ_ｎ）を検出する。ここで「ＯＮ状態」とは、照度検出器３−ｉの照度センサスイッチ回路３−ｉａがＯＮの状態にあることをいう。すなわち、照度センサスイッチ回路３−ｉａがＯＦＦ状態の照度検出器は無視される。出力照度算出手段１３は、照度ベクトルＥ及び寄与度行列Ａから式（４）により、外光照度ベクトルＮを算出する。次に、出力照度算出手段１３は、算出された外光照度ベクトルＮと寄与度行列Ａ及び現在の検出照度ベクトルＥとを用いて、検出照度ベクトルＥと目標照度ベクトルＥ_０との距離｜Ｅ−Ｅ_０｜又は修正距離ｐ｜Ｅ−Ｅ_０｜からなる評価関数ｆが最小となるように出力照度ベクトルＦを変化させる。この出力照度ベクトルＦの変化のさせ方については、既に種々のアルゴリズムが公知であり、例えば、粒子群最適化法（ＰＳＯ法）や最急勾配法等の逐次アルゴリズムを使用することができる。参照照度制御手段１５は、出力照度算出手段１３が算出する出力照度ベクトルＦに基づいて、各照明装置２−１，２−２，…，２−ｍの照度出力を制御する。

なお、修正距離ｐ｜Ｅ−Ｅ_０｜は距離｜Ｅ−Ｅ_０｜にペナルティ係数ｐを積算したものである。ペナルティ係数ｐは、何れかの前記照度検出器で検出される照度Ｅ_ｉについてＥ_ｉ＜Ｅ_０のときは１より大きな値となり、それ以外の場合は１となる係数である。例えば、次式のような係数ｐを使用することができる。ここで、Ｇは１０〜１００程度の大きな値に設定された定数である。

評価関数ｆとして修正距離ｐ｜Ｅ−Ｅ_０｜を用いた場合、Ｅ_ｉ＜Ｅ_０（∃ｉ）のときはペナルティ係数ｐが１より大きな値Ｇとなるため、制御においてＥ_ｉ＜Ｅ_０となる方向には移行しにくくなり、常にＥ_ｉ≧Ｅ_０（∀ｉ）となることが補償された制御を行うことが可能となるので、照明空間Ｓ内にいる利用者が、照度が不足することにより見えにくいなどの不快感を受けることを防止できる。

このように、予め測定された寄与度行列Ａを用いて外光照度ベクトルＮを推定し、距離｜Ｅ−Ｅ_０｜（又は修正距離ｐ｜Ｅ−Ｅ_０｜）が最小となるように出力照度ベクトルＦを変化させることで、複雑な構成の機器を必要とせずに既存の照明システムに一部の機器を取り付けるだけで調光制御システムを構成することができる。

（３−１）粒子群最適化法（ＰＳＯ法）による実装の例
ここで、上述の逐次アルゴリズムのなかでも最も高速化が可能な粒子群最適化法（ＰＳＯ法）を実装した例について説明する。

図５は、本実施例の調光制御システム１において、出力照度算出手段１３による出力照度ベクトルＦの逐次算出にＰＳＯ法を適用した場合の処理の流れを表すフローチャートである。

ＰＳＯ法では、出力照度算出手段１３は、Ｎ_ｋ個（Ｎ_ｋ＞１）の出力照度ベクトルＦの候補グループのそれぞれに対し、出力照度ベクトルＦの候補をＮ_ｌ個（Ｎ_ｌ＞１）ずつ作り、それぞれの出力照度ベクトルＦの候補を位置ベクトルｘ_ｋｌ（ｋ＝１，…，Ｎ_ｋ，ｌ＝１，…，Ｎ_ｌ）とする。また、逐次処理の各ステップにおける位置ベクトルｘ_ｋｌの修正量（修正方向ベクトル）を速度ベクトルｖ_ｋｌとする。

ステップＳ１では、まず、評価関数を最小化する最適な出力照度ベクトルＦの候補となる位置ベクトルｘ_ｋｌを、乱数によってＮ_ｋ×Ｎ_ｌ個生成する。位置ベクトルｘ_ｋｌによって表される候補点を「粒子（particle）」と呼ぶ。また、各位置ベクトルｘ_ｋｌに対応する速度ベクトルｖ_ｋｌも乱数によって生成する。これら生成した各位置ベクトルｘ_ｋｌ及び速度ベクトルｖ_ｋｌを初期値とする。そして、出力照度算出手段１３は、内部変数として有する探索回数カウンタｃを０に初期設定する。

また、出力照度算出手段１３は、後述する各粒子グループｋの評価関数の最良値ｆ（ｘ_{ｋｂｅｓｔ}）と、全ての粒子（粒子グループ全体）における評価関数の最良値ｆ（ｘ_{ｇｂｅｓｔ}）を内部変数として有しており、これらの最良値ｆ（ｘ_{ｋｂｅｓｔ}），ｆ（ｘ_{ｇｂｅｓｔ}）を任意の大きな値（例えば、１０００）に初期化する。

ステップＳ２では、出力照度算出手段１３は、評価関数ｆに基づいて、各粒子（particle）の評価関数値Ｊ_ｋｌ＝ｆ（ｘ_ｋｌ）を計算する。評価関数ｆについては上述のとおりである。例えば、評価関数ｆとして修正距離ｐ｜Ｅ−Ｅ_０｜を使用する場合、評価関数値Ｊ_ｋｌは次のように計算される。ここで、ｐ＝ｐ（Ｅ_１，…，Ｅ_ｎ）は前述のペナルティ係数である。また、ｘ_ｋｌ，ｊは、粒子ｋｌにおける照明装置２−ｊから照出される照光の照度Ｆ_ｊである。外光成分の照度Ｎ_ｉは、先に求めた外光照度ベクトルＮの成分値を使用する。

ステップＳ３では、それぞれの粒子ｋｌについて、その粒子ｋｌの属する粒子グループｋの評価関数の最良値ｆ（ｘ_{ｋｂｅｓｔ}）とステップＳ２で求めた評価関数値Ｊ_ｋｌ（ｌ＝１，２，…，Ｎ_ｌ）とを順次比較し、Ｊ_ｋｌ＜ｆ（ｘ_{ｋｂｅｓｔ}）ならばｘ_{ｋｂｅｓｔ}＝ｘ_ｋｌ，ｆ（ｘ_{ｋｂｅｓｔ}）＝Ｊ_ｋｌに更新する。

ステップＳ４では、すべての粒子グループｋについて、その評価関数の最良値ｆ（ｘ_{ｋｂｅｓｔ}）と粒子グループ全体における評価関数の最良値ｆ（ｘ_{ｇｂｅｓｔ}）とを順次比較し、ｆ（ｘ_{ｋｂｅｓｔ}）＜ｆ（ｘ_{ｇｂｅｓｔ}）ならば、ｘ_{ｇｂｅｓｔ}＝ｘ_{ｋｂｅｓｔ}，ｆ（ｘ_{ｇｂｅｓｔ}）＝ｆ（ｘ_{ｋｂｅｓｔ}）に更新する。
ステップＳ５では、各粒子ｋｌの位置ベクトルｘ_ｋｌと速度ベクトルｖ_ｋｌとを次式により更新する。

ここで、ｃは探索回数、ｗは重み係数、Ｒ_１，Ｒ_２は０又は１の値をとる乱数、Ｃ_１，Ｃ_２は係数パラメータ（１に近い値が良いとされている。ここでは、乱数rand（ｃ）を用いてＣ_１（ｃ）＝Ｃ_２（ｃ）＝１．５−０．１・rand（ｃ）で与える。）である。
なお、重み係数ｗについては、探索の経過に応じて、次式のように徐々に減少させるようにすることもできる。

ここで、ｃ_ｍａｘは総探索回数、ｗ_ｍａｘは重み係数の最大値、ｗ_ｍｉｎは重み係数の最小値である。

ステップＳ６では、探索回数ｃを１だけインクリメントするとともに、ｃがｃ_ｍａｘ未満であればステップＳ２に戻って次の探索を実行する。ｃがｃ_ｍａｘに達すると、探索を終了する。

（４）各照明装置の制御（全消費電力を考慮する場合）
次に、上記調光制御システム１において、全消費電力Ｐを考慮して各照明装置２−１，２−２，…，２−ｍの出力照度を最適化する場合の制御方法について説明する。

まず、各照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎにより照度ベクトルＥ＝（Ｅ_１，Ｅ_２，…，Ｅ_ｎ）を検出する。出力照度算出手段１３は、照度ベクトルＥ及び寄与度行列Ａから式（４）により、外光照度ベクトルＮを算出する。

次に、出力照度算出手段１３は、算出された外光照度ベクトルＮと寄与度行列Ａ及び現在の検出照度ベクトルＥとを用いて、検出照度ベクトルＥと目標照度ベクトルＥ_０との距離｜Ｅ−Ｅ_０｜と全消費電力Ｐとの加重和β｜Ｅ−Ｅ_０｜＋γＰ（又は修正距離ｐ｜Ｅ−Ｅ_０｜と全消費電力Ｐとの加重和βｐ｜Ｅ−Ｅ_０｜＋γＰ。ここでｐはペナルティ係数。）からなる評価関数ｆが最小となるように出力照度ベクトルＦを変化させる。ここで、β，γは０から１の間の値をとる定数であり、β＋γ＝１である。尚、出力照度ベクトルＦの変化のさせ方については、前述の粒子群最適化法（ＰＳＯ法）や最急勾配法等の公知の逐次アルゴリズムを使用して行う。参照照度制御手段１５は、出力照度算出手段１３が算出する出力照度ベクトルＦに基づいて、各照明装置２−１，２−２，…，２−ｍの照度出力を制御する。

このように、距離｜Ｅ−Ｅ_０｜（又は修正距離ｐ｜Ｅ−Ｅ_０｜）と全消費電力Ｐとの加重和β｜Ｅ−Ｅ_０｜＋γＰ（又はβｐ｜Ｅ−Ｅ_０｜＋γＰ）が最小となるように出力照度ベクトルＦを変化させることにより、各照度検出器３−１，３−２，…，３−ｎにおける照度を常に目標値に近い値に調光すると同時に、全消費電力Ｐも小さくなるように出力照度ベクトルＦを制御することが可能となり、エネルギー効率の高い照光制御を行うことが可能となる。

（実験例１）
最後に、本実施例の調光制御システム１を使用してどの程度の省エネ効果が得られるかについての検証を行ったので、その結果について説明する。

図６は、４つの照明装置Light1〜Light4により照明された窓のある照明空間（室内空間）内に、３つの照度検出器Sensor1〜Sensor3を設置し、全ての照度検出器Sensor1〜Sensor3をＯＮ状態として本実施例の調光制御システム１による調光制御を行った例である。各照明装置Light1〜Light4の最大照度（出力照度Ｆ_ｊの最大値）は１．２とする。評価関数ｆとしては、式（７ａ）のものを使用した。また、出力照度ベクトルＦの算出には、上述の粒子群最適化法（ＰＳＯ法）を使用した。

窓から射し込む外光は、上述の出力照度算出手段１３による演算の結果、照度検出器Sensor1には３４４ｌｕｘ、照度検出器Sensor2には２４５ｌｕｘ、照度検出器Sensor3には１４６ｌｕｘが検出された。この条件で、出力照度ベクトルＦの最適化を行ったところ、出力照度ベクトルＦはＦ＝（０，１．２，０．５６，０．２４）となり、そのときの検出照度ベクトルＥはＥ＝（６２４ｌｕｘ，６３２ｌｕｘ，６４２ｌｕｘ）となった。出力照度ベクトルＦを全消費電力Ｐに換算すると１６８．１Ｗとなり、これは、４つの照明装置Light1〜Light4をすべて最大照度１．２として照明を行った場合に比べて５０．８％の電力削減効果が得られた。

図７は、図６と同じ条件において、１日にわたって本実施例の調光制御システム１を使用して調光制御を行ったときの各時刻の電力の削減効果を表したグラフである。横軸は時刻、縦軸は全消費電力を表す。４つの照明装置Light1〜Light4をすべて最大照度１．２として照明を行った場合は、３００Ｗであるのに対し、調光制御システム１により調光制御を行った場合は、各時刻で点線で表した折れ線のように変化する。特に、昼間に於ける電力の削減効果が大きいことが分かる。

（実験例２）
図８は、図６と同様の照明装置と照度検出器の配置において、照度検出器Sensor3の近傍に人がいないため照度検出器Sensor3の照度センサスイッチ回路をＯＦＦ状態とした場合の例である。

この場合、照度検出器Sensor3からは照度Ｅ_３が照度制御装置４に出力されないため、照度制御装置４は、照度検出器Sensor1, Sensor2からの照度Ｅ_１，Ｅ_２のみに基づいて調光制御を行う。

窓から射し込む外光は、上述の出力照度算出手段１３による演算の結果、照度検出器Sensor1には２４１ｌｕｘ、照度検出器Sensor2には１６３ｌｕｘが検出された（照度検出器Sensor3については参考のために掲載している）。この条件で、出力照度ベクトルＦの最適化を行ったところ、出力照度ベクトルＦはＦ＝（０，０．９７，０，０）となり、そのときの検出照度ベクトルＥはＥ＝（６８０ｌｕｘ，６６８ｌｕｘ）となった。出力照度ベクトルＦを全消費電力Ｐに換算すると１０４．５Ｗとなり、これは、４つの照明装置Light1〜Light4をすべて最大照度１．２として照明を行った場合に比べて６８．９％の電力削減効果が得られた。

図９は、図８と同じ条件において、１日にわたって本実施例の調光制御システム１を使用して調光制御を行ったときの各時刻の電力の削減効果を表したグラフである。横軸は時刻、縦軸は照明装置Light1〜Light4をすべて最大照度１．２とした場合に対する電力削減率を表す。図９において、Ａは３つの照度検出器Sensor1〜Sensor3をすべてＯＮ状態とした場合、Ｂは２つの照度検出器Sensor1, Sensor2をＯＮ状態とし、照度検出器Sensor３をＯＦＦ状態とした場合、Ｃは照度検出器Sensor1のみをＯＮ状態とした場合の各時刻に於ける電力削減率を表す。この結果から、照度センサスイッチ回路により調光が不要な場所の照度検出器をＯＦＦ状態とすることで、さらに大きな電力の削減効果が得られることが分かる。

１ 調光制御システム
２−１，２−２，…，２−ｍ 照明装置
３−１，３−２，…，３−ｎ 照度検出器
３−１ａ，３−２ａ，…，３−ｎａ 照度センサスイッチ回路
４ 照度制御装置
５，６ 通信回線
１０ 寄与度記憶手段
１１ 入力側Ｉ／Ｆ
１２ 出力側Ｉ／Ｆ
１３ 出力照度算出手段
１４ 出力照度制御手段
１５ 参照照度制御手段
１６ 寄与度算出手段
Ｓ 照明空間
２１ フォトセンサ
２２ 計測回路
２３ アンプ
２４ Ａ／Ｄ変換器
２５インタフェース部（Ｉ／Ｆ）
３１ インタフェース回路（Ｉ／Ｆ）
３２ 調光制御回路
３３ 照明器具

Claims (6)

1. 同一の照明空間内の各所に設置されたｍ個（ｍ≧２）の照明装置と、
   前記照明空間内の各位置に設置され、その位置における照度を検出する、ｎ個（ｎ≧１）の照度検出器と、
   前記各照明装置及び前記各照度検出器と通信回線により接続された制御装置と、
   を備えた照明制御システムであって、
   前記制御装置は、
   前記各照度検出器で検出される照度Ｅ_ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）に対する前記各照明装置から照出される照光の照度Ｆ_ｊ（ｊ＝１，…，ｍ）の寄与の割合である寄与度ａ_ｉ，ｊを記憶する寄与度記憶手段と、
   前記各照度検出器で検出される照度からなるベクトル（Ｅ_１，…，Ｅ_ｎ）を検出照度ベクトルＥ、前記各照明装置から照出される照光の照度からなるベクトル（Ｆ_１，…，Ｆ_ｍ）を出力照度ベクトルＦ、前記各照度検出器における照度の目標値からなるベクトル（Ｅ_０１，…，Ｅ_０ｎ）を目標照度ベクトルＥ_０とするとき、前記各照度検出器で検出される照度（Ｅ_１，…，Ｅ_ｎ）から、前記寄与度ａ_ｉ，ｊに基づき、検出照度ベクトルＥと目標照度ベクトルＥ_０との距離｜Ｅ−Ｅ_０｜からなる評価関数を最小化する出力照度ベクトルＦを算出する出力照度算出手段と、
   前記各照明装置の照度出力を、前記出力照度算出手段により算出される出力照度ベクトルＦとなるように制御する出力照度制御手段と、
   を備えたことを特徴とする照明制御システム。
2. 前記出力照度算出手段は、前記各照明装置で消費される電力の和である全消費電力Ｐ＝α（Ｆ_１＋…＋Ｆ_ｍ）（αは正の定数）と、前記検出照度ベクトルＥと前記目標照度ベクトルＥ_０との距離｜Ｅ−Ｅ_０｜の加重和β｜Ｅ−Ｅ_０｜＋γＰ（β，γは重み定数）からなる評価関数を最小化する出力照度ベクトルＦを算出し、
   前記出力照度制御手段は、前記各照明装置の照度出力を、前記出力照度算出手段により算出される出力照度ベクトルＦとなるように制御することを特徴とする請求項１記載の照明制御システム。
3. 前記評価関数において、距離｜Ｅ−Ｅ_０｜の代わりに、何れかの前記照度検出器で検出される照度Ｅ_ｉについてＥ_ｉ＜Ｅ_０のときは１より大きな値となり、それ以外の場合は１となるペナルティ係数ｐを積算した修正距離ｐ｜Ｅ−Ｅ_０｜を使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の照明制御システム。
4. 前記出力照度算出手段は、前記各照度検出器から入力される各時刻の検出照度ベクトルＥと前記寄与度ａ_ｉ，ｊに基づき、粒子群最適化法によって、前記評価関数を減少させる方向に変化させるように出力照度ベクトルＦを逐次算出し、
   前記出力照度制御手段は、前記各照明装置の照度出力を、前記出力照度算出手段により逐次算出される出力照度ベクトルＦとなるように制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の照明制御システム。
5. 前記各照明装置を１つずつ順次点灯させるとともに、点灯されたｊ番目（ｊ＝１，…，ｍ）の前記照明装置の照度を所定の照度Ｆ_ｊ ^（０）に調光する制御を行う参照照度制御手段と、
   前記参照照度制御手段により、ｊ番目（ｊ＝１，…，ｍ）の前記照明装置が点灯された状態で、前記各照度検出器から前記検出照度ベクトルＥが入力されると、ａ_ｉｊ＝Ｅ_ｉ（Ｆ_ｊ ^（０））／Ｆ_ｊ ^（０）により前記寄与度ａ_ｉ，ｊを算出し、前記寄与度記憶手段に保存する寄与度算出手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の照明制御システム。
6. 前記各照度検出器には、当該照度検出器の機能をＯＮ／ＯＦＦする照度センサスイッチ回路を備えており、
   前記出力照度算出手段は、前記各照度検出器のうちＯＮ状態の照度検出器が出力する照度値Ｅ_ｉのみに基づいて前記評価関数を最小化する出力照度ベクトルＦを算出することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の照明制御システム。

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