專利名稱：一種自然采光控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種自然采光控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，我國面臨著嚴(yán)峻的節(jié)能減排形勢(shì)。在所有耗能產(chǎn)業(yè)中，建筑是能源消耗大 戶。如何減少建筑能源消耗，提高建筑能源效率，引起了人們廣泛的關(guān)注和興趣。我國自然 光資源充足，但是利用自然光照明的應(yīng)用并不多。在白天的工作時(shí)間，通常是第一個(gè)人進(jìn)入 房間，就打開照明，直到最后一個(gè)人離開房間，才會(huì)熄滅照明，造成了嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。
怎樣有效利用自然光，節(jié)約照明用電，是我們面臨的重要問題。通過對(duì)窗簾的控制 實(shí)現(xiàn)自然采光，問題主要出在室外照度不斷變化，太陽高度角的變化，天空云朵的移動(dòng)，都 會(huì)影響到進(jìn)入室內(nèi)光線的強(qiáng)度、方向，導(dǎo)致室內(nèi)光照度的難以捉摸，給窗簾的控制帶來諸多 不便。根據(jù)室外光線的強(qiáng)弱、方向，靈活調(diào)節(jié)窗簾的開度，合理利用自然光，一直是利用窗簾 采光控制的中心環(huán)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要解決上述的不足而提供的一種自然采光控制系統(tǒng)。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種自然采光控制系統(tǒng)，包括人體感應(yīng)器、照度傳感
器、控制器、窗簾控制模塊及照明控制模塊，其特征為所述人體感應(yīng)器、照度傳感器的輸出
端連接控制器，控制器輸出端連接窗簾控制模塊及照明控制模塊，所述控制器為模糊控制
器，其主要由模糊化、模糊規(guī)則及模糊推理、清晰化三部分組成。 所述模糊控制器形式為Mamdani型或Sugeno型。 所述模糊化是將模糊控制器輸入量的確定值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模糊語言變量值的過程，
此相應(yīng)語言變量均由對(duì)應(yīng)的隸屬度來定義，所述模糊規(guī)則由若干條模糊條件語句組成，這
些規(guī)則來自現(xiàn)場(chǎng)操作人員，利用模糊推理，由輸入的模糊集合E得到輸出的模糊集合U，所
述清晰化也稱為去模糊或解模糊，根據(jù)規(guī)則經(jīng)過推理得到的是模糊集合，而實(shí)際被控對(duì)象
所需要的控制信號(hào)是精確值，仍然無法用于實(shí)際控制，因此需要將模糊集合變成精確值。 所述窗簾控制模塊包括電機(jī)、自動(dòng)開閉窗簾，所述電機(jī)控制端連接控制器，電機(jī)主
軸輸出端配合連接自動(dòng)開閉窗簾。 所述照明控制模塊包括燈具、電子調(diào)光鎮(zhèn)流器，所述電子調(diào)光鎮(zhèn)流器控制端連接 控制器，電子調(diào)光鎮(zhèn)流器輸出端連接燈具。
本發(fā)明的有益效果 1.系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡單、清晰。由于太陽能增益對(duì)需要制冷的夏季起負(fù)作用，而在冬季有 助于降低加熱功率，系統(tǒng)對(duì)冬季工況和夏季工況分別給出了性能指標(biāo)，夏季側(cè)重于照度和 溫度指標(biāo)，冬季側(cè)重于照度和空調(diào)加熱功率指標(biāo)，分別建立了窗簾開度對(duì)工作面照度、室內(nèi) 溫度、太陽能增益模型。 2.控制部分簡單，便于實(shí)現(xiàn)。由于自然光具有易變性和難以捉摸的特性，為避免窗簾的頻繁移動(dòng)，利用模糊控制設(shè)計(jì)對(duì)窗簾進(jìn)行控制。將自然采光控制和照明控制結(jié)合起來， 提出了采光和照明綜合控制設(shè)計(jì)當(dāng)室內(nèi)有人，采用照度優(yōu)先控制；室內(nèi)無人，采用能量優(yōu) 先控制。 3.能耗計(jì)算方便?？梢钥焖俜奖愕赜?jì)算出開關(guān)控制和調(diào)光控制下的照明能源消 耗。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)框架示意圖；
圖2為本發(fā)明模糊控制器示意圖；
圖3為隸屬度函數(shù)均勻?qū)ΨQ分布圖；
圖4為隸屬度函數(shù)非均勻?qū)ΨQ分布圖；
圖5為窄型隸屬度函數(shù)和寬型隸屬度函數(shù)圖。
具體實(shí)施例方式
如圖所示，一種自然采光控制系統(tǒng)，包括人體感應(yīng)器、照度傳感器、控制器、窗簾控 制模塊及照明控制模塊，其特征為所述人體感應(yīng)器、照度傳感器的輸出端連接控制器，控 制器輸出端連接窗簾控制模塊及照明控制模塊，所述控制器為模糊控制器，其主要由模糊 化、模糊規(guī)則及模糊推理、清晰化三部分組成。
(1)模糊化 模糊化是將模糊控制器輸入量的確定值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模糊語言變量值的過程，此相 應(yīng)語言變量均由對(duì)應(yīng)的隸屬度來定義。 若以偏差e為輸入，通過模糊化處理，用模糊語言變量E來描述偏差，以山T (E)記 E的語言值集合，則有T(E) = {負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}，或用其英文字頭縮 寫表示成T (E) = {NB， NM， NS， ZE， PS， PM， PB}。 —般來說，每個(gè)語言變量宜選用2-10個(gè)值，語言值多了會(huì)使控制規(guī)則變得復(fù)雜， 制定起來也比較困難。因此，在選取語言變量值時(shí)，既要考慮到控制規(guī)則的靈活與細(xì)致性， 又要兼顧其簡單與易行的要求。 過程參數(shù)的變化范圍是各不相同的，為了統(tǒng)一到指定的T(E)論域中來，模糊化的 第一個(gè)任務(wù)是進(jìn)行論域轉(zhuǎn)換，過程參數(shù)的實(shí)際變化范圍為基本論域，可以通過量化因子實(shí) 現(xiàn)由基本論域到T(E)論域的變換。 設(shè)輸入語言變量的基本論域?yàn)閄 = [xL， xH] ， xL表示低限值，xH表示高限值。把 此論域轉(zhuǎn)換成離散域N = {-n，-n+l，…，-l，0，1，…，n-l，nh在x?！瓁。范圍內(nèi)連續(xù) 變化的輸入語句變量離散化后分成2n個(gè)檔數(shù)。需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換系數(shù)來實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)論域間轉(zhuǎn)換 系數(shù)為k = 2n/(xM-xL)，七為量化因子。若在X論域中有a，則可以找到論域N中的元素 Y與之相應(yīng)Y2/ca，如果求出的y含有小數(shù)，則可以采用四舍五入的方法對(duì)y取整。在實(shí)際 應(yīng)用中，超過誤差變化范圍X二 [xL，xH]的值，一般作邊界處理。k的大小決定了誤差控制 的靈敏度，k越大，控制靈敏度越高，反之越低。 模糊化的第二個(gè)任務(wù)是求得輸入對(duì)應(yīng)于語言變量的隸屬度。語言變量的隸屬度函 數(shù)有兩種表示方式，離散方式和連續(xù)方式。離散方式是只取論域中的離散點(diǎn)(整數(shù)值)及這些點(diǎn)的隸屬度來描述一個(gè)語言變量。而連續(xù)方式將隸屬度表示成論域變量的連續(xù)函數(shù)，
最常見的函數(shù)形式是三角函數(shù)、正態(tài)函數(shù)以及梯形函數(shù)等。 確定語言變量的模糊子集的隸屬度函數(shù)應(yīng)注意 —個(gè)語言變量的各個(gè)語言值之間沒有明確的分界線，反映在模糊集的隸屬度函數(shù)
曲線上，就是這些隸屬度函數(shù)必定有著相互重疊。在一個(gè)模糊控制系統(tǒng)中，隸屬度函數(shù)之間
的重疊程度直接影響著系統(tǒng)的性能，一般重疊率在
區(qū)間內(nèi)選擇。 隸屬度函數(shù)在整個(gè)論域上可以是均勻?qū)ΨQ分布(如圖3)的，也可以是非均勻或不
對(duì)稱(如圖4)的。圖4可將三角形模糊子集的零值(ZE)固定在工作區(qū)，而其它模糊子集
則向零靠近，這種分布有助于提高系統(tǒng)的控制精度。 在定義某一語言變量的模糊集合時(shí)，要考慮它們對(duì)論域[-n， +n]的覆蓋程度，應(yīng) 使論域中的任何一點(diǎn)對(duì)這些模糊集合的隸屬度的最大值都不能太小，否則在這樣的點(diǎn)上會(huì) 出現(xiàn)空檔，從而引起失控。為此，語言變量的全部模糊集合所包含的隸屬度對(duì)應(yīng)的論域元素 個(gè)數(shù)應(yīng)是模糊集合的3到4倍。 隸屬度函數(shù)的形狀對(duì)控制效果影響較大，如圖5， fa(x)是窄形隸屬度函數(shù)，反映 模糊集合A具有高分辨率特性。如果系統(tǒng)偏差采用高分辨率模糊集合A，則偏差控制的靈敏 度便高。而fb(X)這樣的寬型隸屬度函數(shù)，反映模糊集合B具有低分辨率，控制靈敏度低的 特點(diǎn)。因此一般在系統(tǒng)誤差較大的范圍內(nèi)采用具有低分辨率隸屬度函數(shù)的模糊集合而在系 統(tǒng)誤差較小或接近零時(shí)宜采用具有高分辨率隸屬度函數(shù)的模糊集合。
(2)模糊規(guī)則和模糊推理 模糊規(guī)則由若干條模糊條件語句組成，這些規(guī)則可以來自現(xiàn)場(chǎng)操作人員或?qū)＜?等，是對(duì)過程操作的經(jīng)驗(yàn)性總結(jié)。利用模糊推理，可以由輸入的模糊集合E得到輸出的模糊 集合U。
(3)清晰化 清晰化也稱為去模糊或解模糊。根據(jù)規(guī)則經(jīng)過推理得到的是模糊集合，而實(shí)際被 控對(duì)象所需要的控制信號(hào)是精確值，仍然無法用于實(shí)際控制，因此需要將模糊集合變成精 確值，這個(gè)過程稱為精確化。 最常見的兩種模糊控制器形式為Mamdani型和Sugeno型。 Mamdani型模糊控制器輸入輸出都為模糊集合，其形式上最接近人們模糊思維的 模式。它的每個(gè)輸入變量都有自己相應(yīng)的一組模糊集合和隸屬度函數(shù)，模糊規(guī)則的輸入和 輸出部分也都是用模糊集合表示。Sugeno型模糊推理輸入模糊化與Mamdani型一致，但輸 出部分采用單值函數(shù)。 所述窗簾控制模塊包括電機(jī)、自動(dòng)開閉窗簾，所述電機(jī)控制端連接控制器，電機(jī)主 軸輸出端配合連接自動(dòng)開閉窗簾。所述照明控制模塊包括燈具、電子調(diào)光鎮(zhèn)流器，所述電子 調(diào)光鎮(zhèn)流器控制端連接控制器，其輸出端連接燈具。
權(quán)利要求
一種自然采光控制系統(tǒng)，包括人體感應(yīng)器、照度傳感器、控制器、窗簾控制模塊及照明控制模塊，其特征為所述人體感應(yīng)器、照度傳感器的輸出端連接控制器，控制器輸出端連接窗簾控制模塊及照明控制模塊，所述控制器為模糊控制器，其主要由模糊化、模糊規(guī)則及模糊推理、清晰化三部分組成。
2. 按權(quán)利要求1所述的一種自然采光控制系統(tǒng)，其特征為所述模糊化是將模糊控制 器輸入量的確定值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模糊語言變量值的過程，此相應(yīng)語言變量均由對(duì)應(yīng)的隸屬度 來定義，所述模糊規(guī)則由若干條模糊條件語句組成，這些規(guī)則來自現(xiàn)場(chǎng)操作人員，利用模糊 推理，由輸入的模糊集合E得到輸出的模糊集合U，所述清晰化也稱為去模糊或解模糊，根 據(jù)規(guī)則經(jīng)過推理得到的是模糊集合，而實(shí)際被控對(duì)象所需要的控制信號(hào)是精確值，仍然無 法用于實(shí)際控制，因此需要將模糊集合變成精確值。
3. 按權(quán)利要求l所述的一種自然采光控制系統(tǒng)，其特征為所述模糊控制器形式為Mamdani型或Sugeno型。
4. 按權(quán)利要求l所述的一種自然采光控制系統(tǒng)，其特征為所述窗簾控制模塊包括電 機(jī)、自動(dòng)開閉窗簾，所述電機(jī)控制端連接控制器，電機(jī)主軸輸出端配合連接自動(dòng)開閉窗簾。
5. 按權(quán)利要求1所述的一種自然采光控制系統(tǒng)，其特征為所述照明控制模塊包括燈具、電子調(diào)光鎮(zhèn)流器，所述電子調(diào)光鎮(zhèn)流器控制端連接控制器，電子調(diào)光鎮(zhèn)流器輸出端連接 燈具。
全文摘要
本發(fā)明涉及照明設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種自然采光控制系統(tǒng)，所述人體感應(yīng)器、照度傳感器的輸出端連接控制器，控制器輸出端連接窗簾控制模塊及照明控制模塊，所述控制器為模糊控制器，其主要由模糊化、模糊規(guī)則及模糊推理、清晰化三部分組成；本發(fā)明的有益效果系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡單、清晰。由于太陽能增益對(duì)需要制冷的夏季起負(fù)作用，而在冬季有助于降低加熱功率，系統(tǒng)對(duì)冬季工況和夏季工況分別給出了性能指標(biāo)，夏季側(cè)重于照度和溫度指標(biāo)，冬季側(cè)重于照度和空調(diào)加熱功率指標(biāo)，分別建立了窗簾開度對(duì)工作面照度、室內(nèi)溫度、太陽能增益模型，控制部分簡單，便于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)F21S19/00GK101737703SQ20101002316
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者吳迪, 周博, 楚舒宇, 水名岳, 王帥 申請(qǐng)人:上海恩濟(jì)節(jié)能科技有限公司;楚舒宇