溫劍鋒

摘? 要：近年來(lái)，大型智能化建筑逐步增多。為了達(dá)到節(jié)能降耗的要求，需要進(jìn)行相應(yīng)的節(jié)能設(shè)計(jì)，尤其是建筑物內(nèi)的照明設(shè)備，可以通過(guò)外部動(dòng)態(tài)光的變化情況來(lái)進(jìn)行室內(nèi)的光調(diào)節(jié)，進(jìn)一步保障室內(nèi)良好的光照條件、較高的發(fā)光效率?；诖耍撐尼槍?duì)大型智能化建筑照明設(shè)備，提出了一種新型的照明設(shè)備光調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)方法，有利于改變傳統(tǒng)的光調(diào)節(jié)方式，提升視覺(jué)舒適性，降低照明設(shè)備的能源消耗。

關(guān)鍵詞：智能化建筑;光調(diào)節(jié)原理;光調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU855? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

大型智能化建筑內(nèi)，照明設(shè)備如果采用傳統(tǒng)的光調(diào)節(jié)方式，將會(huì)造成巨大的能源消耗，不符合當(dāng)下建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求，而照明設(shè)備的光調(diào)節(jié)中，根據(jù)外界光照條件的變化來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)自然光照與設(shè)備光照的結(jié)合，提高照明設(shè)備光照的合理性。

1 大型智能化建筑照明設(shè)備發(fā)光調(diào)節(jié)

針對(duì)大型智能化建筑照明設(shè)備傳統(tǒng)發(fā)光調(diào)節(jié)方式的不足與缺陷，在當(dāng)前的技術(shù)背景下，逐步出現(xiàn)了一種基于自適應(yīng)PID控制的照明設(shè)備發(fā)光調(diào)節(jié)方式。在此調(diào)節(jié)方式下，主要是將建筑物照明設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，利用電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)向電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換處理，使得經(jīng)由處理的信號(hào)進(jìn)入控制器，由于在控制器內(nèi)包含了自適應(yīng)模糊PID算法，能夠?qū)⑶捌诘男盘?hào)轉(zhuǎn)變?yōu)镻WM控制信號(hào)再加以輸出，而此輸出信號(hào)可以對(duì)照明設(shè)備的發(fā)光亮度等加以調(diào)節(jié)與控制[1]。

2 智能化建筑的照明設(shè)備光調(diào)節(jié)原理

大型智能化建筑照明設(shè)備光調(diào)節(jié)，主要是指在工作環(huán)境狀態(tài)下的發(fā)光亮度調(diào)節(jié)[2]。通常情況下，如果大型智能化建筑照明設(shè)備處于不同的光亮環(huán)境下，那么，人體所感知到的光照亮度也并不是固定不變的，人體感知的光照亮度與外界亮度變化呈現(xiàn)出正向變化的關(guān)系。如果將人們感知的亮度最小值作為光照靈敏度閾值，此數(shù)值一般為0.005～0.05。因此，大型智能化建筑照明設(shè)備光調(diào)節(jié)的過(guò)程中，只要照明設(shè)備亮度的最小值與最大值不存在變化，就可以保持室內(nèi)良好的光照強(qiáng)度。驅(qū)動(dòng)電源中由于安裝了光感傳感器，此傳感器可以在光調(diào)節(jié)中實(shí)時(shí)檢測(cè)外界的光照情況，而利用專有的轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)⒏袘?yīng)器所獲得的數(shù)字信號(hào)傳輸于驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)發(fā)光強(qiáng)度存在明顯的變化時(shí)，會(huì)立即啟動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)程序。

在大型智能化建筑照明設(shè)備的發(fā)光調(diào)節(jié)過(guò)程中，光照亮度會(huì)受到照明設(shè)備驅(qū)動(dòng)電源、外部光照環(huán)境等因素的影響。人們所感知的建筑物光照不僅與光源功率存在著緊密的聯(lián)系，還會(huì)受到外界環(huán)境光照變化的影響。人眼感受到的亮度S與照明設(shè)備亮度B之間的關(guān)系如式（1）所示。

S=KlgB+Ko ? （1）

在式 （1）中，K和Ko為常數(shù)，其數(shù)值大小往往直接由外界環(huán)境的光照亮度所決定。由于人們的心理因素不同，所感受到的光照亮度也存在一定的差異。建筑物中的照明設(shè)備如果處于不同的亮度值下，人眼所感受到的光照最小值Bmin或是最大值Bmax也存在著一定的變化，人眼所感受的光照亮度與相對(duì)亮度變化二者之間呈現(xiàn)出正向變化的關(guān)系，也就是說(shuō)，B與ΔBmin為正比例關(guān)系。如果將人眼所感受到的最小亮度變化δ=ΔBmin/B作為光照靈敏度閾值，此范圍始終在0.005～0.05。因此，這種變化關(guān)系使得在照明設(shè)備最大與最小亮度比值保持不變的情況下，人眼能夠快速適應(yīng)建筑物內(nèi)的光照強(qiáng)度。人眼對(duì)光照強(qiáng)度的敏感度常常會(huì)受到外部環(huán)境光照亮度值Bφ的干擾，實(shí)際的光照強(qiáng)度對(duì)比度為：

（2）

大型智能化建筑照明設(shè)備驅(qū)動(dòng)電源的構(gòu)成如圖1所示。

照明設(shè)備驅(qū)動(dòng)電源結(jié)構(gòu)中，光感傳感器發(fā)揮著重要的作用，其可以進(jìn)行建筑物外部環(huán)境光照強(qiáng)度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，而所獲得的檢測(cè)信號(hào)會(huì)經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，在整個(gè)照明設(shè)備的電源信號(hào)中，經(jīng)由轉(zhuǎn)換處理的數(shù)字信號(hào)可以被傳輸于驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)中。而驅(qū)動(dòng)電源結(jié)構(gòu)中所包含的EPLD能夠根據(jù)照明設(shè)備的亮度值，根據(jù)所獲得的信號(hào)來(lái)進(jìn)行發(fā)光強(qiáng)度的調(diào)節(jié)，達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。

如圖1所示，EPLD模塊的存在主要是為了進(jìn)行光照強(qiáng)度信息的采集，所采集到的ch0和ch1能夠被轉(zhuǎn)換為S_DATA0和S_DATA1，這些經(jīng)由轉(zhuǎn)換處理的信息能夠被傳輸?shù)较鄳?yīng)的比較器中，T_Ctrl會(huì)根據(jù)對(duì)比結(jié)果來(lái)進(jìn)行控制信號(hào)、指令的發(fā)出[3]。照明設(shè)備驅(qū)動(dòng)電源主要包含了多個(gè)輸出，其中，一個(gè)輸出需進(jìn)行照明設(shè)備發(fā)光亮度的調(diào)節(jié)，而CTRL1與CTRL2分別用于接收R_data模塊與W_data模塊的數(shù)據(jù)，當(dāng)接收完這些數(shù)據(jù)以后，能夠進(jìn)行照明設(shè)備發(fā)光亮度值的獲取。比較器能夠進(jìn)行照明設(shè)備亮度值、外界環(huán)境光照強(qiáng)度值的計(jì)算，根據(jù)其計(jì)算結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)照明設(shè)備驅(qū)動(dòng)電源亮度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

3 基于自適應(yīng)PID控制的驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)

3.1 照明設(shè)備驅(qū)動(dòng)電源硬件設(shè)計(jì)

在大型智能化建筑照明設(shè)備的光調(diào)節(jié)中，驅(qū)動(dòng)電源起著重要的作用，為發(fā)揮驅(qū)動(dòng)電源的作用，其總體設(shè)計(jì)主要采用的是反激式隔離開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)。在驅(qū)動(dòng)電源的運(yùn)行中，輸入端110 V～230 V的交流電會(huì)依次經(jīng)由保險(xiǎn)絲F1、EMI濾波電路等加以傳輸。EMI電路中，電感T1、2個(gè)X1型電容CX1、CX2是其中的重要構(gòu)成，再加上輸入端熱敏電阻RT1的存在，使得在運(yùn)行過(guò)程中能夠有效應(yīng)對(duì)浪涌電流的沖擊作用。電流經(jīng)由整流濾波以后，會(huì)進(jìn)入CBB電容C1來(lái)進(jìn)行濾波，隨后在此濾波處理以后進(jìn)入功率因數(shù)進(jìn)行電路的調(diào)節(jié)，使得功率因數(shù)能夠達(dá)到0.9以上。電流在進(jìn)入初級(jí)繞組、晶閘管Q1、采樣電阻R6、R7以后，最后到地，大型智能化建筑照明設(shè)備主回路的這種特殊構(gòu)成使得其可以在光調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要的作用。驅(qū)動(dòng)電源控制回路主要采用的是PWM控制，這種控制方式下，采樣電阻能夠?qū)崿F(xiàn)電流信號(hào)向電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換處理，這些被轉(zhuǎn)換處理的信號(hào)進(jìn)入控制器，而內(nèi)部自適應(yīng)模糊PID算法的存在能夠使其產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，輸出信號(hào)可以進(jìn)行照明設(shè)備亮度與PWM信號(hào)進(jìn)行有效的控制，優(yōu)化照明設(shè)備發(fā)光的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

3.2 構(gòu)建驅(qū)動(dòng)電源控制模型

驅(qū)動(dòng)電源控制模型的構(gòu)建對(duì)于實(shí)現(xiàn)大型智能化建筑光調(diào)節(jié)也有著重要的意義，驅(qū)動(dòng)電源控制模型中，主要包含了模糊控制系統(tǒng)與可控式PID系統(tǒng)，模糊控制系統(tǒng)的構(gòu)建主要是為了對(duì)PID所涉及的各個(gè)參數(shù)實(shí)施自動(dòng)化修正，而可控式PID系統(tǒng)的存在是為了對(duì)驅(qū)動(dòng)電源加以控制。一般情況下，驅(qū)動(dòng)電源PID控制系統(tǒng)的參數(shù)主要為KP、KI和KD，三者之間存在著緊密的聯(lián)系。1）如果取值相對(duì)較小，為了使驅(qū)動(dòng)電源始終處于穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行狀態(tài)下，需盡量增大KP、KI的數(shù)值，而為了應(yīng)對(duì)驅(qū)動(dòng)電源預(yù)設(shè)值周圍的些微波動(dòng)情況，需盡量將KD取小一些。2）當(dāng)取值處于中間時(shí)，為了保障驅(qū)動(dòng)電源處于正常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，需盡量將KP取小一些，避免取值過(guò)大對(duì)電源驅(qū)動(dòng)所造成的不利影響。3）如果取值較大，為保持驅(qū)動(dòng)電源良好的動(dòng)態(tài)性能，需保持KD的較大值，KP的較小值[4]。

3.3 實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電源的自動(dòng)化控制

在大型智能化建筑照明設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，只有實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)電源的自動(dòng)化控制，才能夠在驅(qū)動(dòng)電源的運(yùn)行中根據(jù)具體的情況來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)與控制。在驅(qū)動(dòng)電源控制中，極易出現(xiàn)發(fā)光亮度誤差的情況，為了有效避免此類現(xiàn)象，可以采用PID系統(tǒng)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，將光通量約束于光通量周圍，一旦光通量超出了標(biāo)準(zhǔn)范圍，需利用控制算法加以約束，以保持驅(qū)動(dòng)電源的穩(wěn)定性。此外，驅(qū)動(dòng)電源控制器宜選用3個(gè)輸出、2個(gè)輸入形式，并保持輸入與輸出成正比。傳統(tǒng)算法的光調(diào)節(jié)存在問(wèn)題，往往是由于在外界環(huán)境光亮始終處于動(dòng)態(tài)變化的狀態(tài)下，而驅(qū)動(dòng)電源光亮度調(diào)節(jié)難以滿足實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的需求。新型自適應(yīng)光調(diào)節(jié)方式克服了傳統(tǒng)調(diào)節(jié)的弊端，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著人們對(duì)建筑物提出了更多、更高的要求，大型智能化建筑尤其要注重智能化、自動(dòng)化等的應(yīng)用。在大型智能化建筑照明設(shè)備的光調(diào)節(jié)方面，需加大自適應(yīng)光調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用，提高光調(diào)節(jié)的科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)照明設(shè)備發(fā)光調(diào)節(jié)的優(yōu)化。

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