大型智能化建筑照明設備光調節設計方法

溫劍鋒

摘? 要：近年來，大型智能化建筑逐步增多。為了達到節能降耗的要求，需要進行相應的節能設計，尤其是建筑物內的照明設備，可以通過外部動態光的變化情況來進行室內的光調節，進一步保障室內良好的光照條件、較高的發光效率。基于此，該文針對大型智能化建筑照明設備，提出了一種新型的照明設備光調節設計方法，有利于改變傳統的光調節方式，提升視覺舒適性，降低照明設備的能源消耗。

關鍵詞：智能化建筑;光調節原理;光調節設計

中圖分類號：TU855? ? ? ? 文獻標志碼：A

大型智能化建筑內，照明設備如果采用傳統的光調節方式，將會造成巨大的能源消耗，不符合當下建筑行業可持續發展的要求，而照明設備的光調節中，根據外界光照條件的變化來進行調節，能夠實現自然光照與設備光照的結合，提高照明設備光照的合理性。

1 大型智能化建筑照明設備發光調節

針對大型智能化建筑照明設備傳統發光調節方式的不足與缺陷，在當前的技術背景下，逐步出現了一種基于自適應PID控制的照明設備發光調節方式。在此調節方式下，主要是將建筑物照明設備的驅動電源進行了改進設計，利用電阻來實現電流信號向電壓信號的轉換，經由A/D轉換處理，使得經由處理的信號進入控制器，由于在控制器內包含了自適應模糊PID算法，能夠將前期的信號轉變為PWM控制信號再加以輸出，而此輸出信號可以對照明設備的發光亮度等加以調節與控制[1]。

2 智能化建筑的照明設備光調節原理

大型智能化建筑照明設備光調節，主要是指在工作環境狀態下的發光亮度調節[2]。通常情況下，如果大型智能化建筑照明設備處于不同的光亮環境下，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出正向變化的關系。如果將人們感知的亮度最小值作為光照靈敏度閾值，此數值一般為0.005～0.05。因此，大型智能化建筑照明設備光調節的過程中，只要照明設備亮度的最小值與最大值不存在變化，就可以保持室內良好的光照強度。驅動電源中由于安裝了光感傳感器，此傳感器可以在光調節中實時檢測外界的光照情況，而利用專有的轉換器，能夠將感應器所獲得的數字信號傳輸于驅動電源系統內，當系統發現發光強度存在明顯的變化時，會立即啟動自動調節程序。

在大型智能化建筑照明設備的發光調節過程中，光照亮度會受到照明設備驅動電源、外部光照環境等因素的影響。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系，還會受到外界環境光照變化的影響。人眼感受到的亮度S與照明設備亮度B之間的關系如式（1）所示。

S=KlgB+Ko ? （1）

在式 （1）中，K和Ko為常數，其數值大小往往直接由外界環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亮度變化二者之間呈現出正向變化的關系，也就是說，B與ΔBmin為正比例關系。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，這種變化關系使得在照明設備最大與最小亮度比值保持不變的情況下，人眼能夠快速適應建筑物內的光照強度。人眼對光照強度的敏感度常常會受到外部環境光照亮度值Bφ的干擾，實際的光照強度對比度為：

（2）

大型智能化建筑照明設備驅動電源的構成如圖1所示。

照明設備驅動電源結構中，光感傳感器發揮著重要的作用，其可以進行建筑物外部環境光照強度的實時檢測，而所獲得的檢測信號會經由模數轉換器轉變為數字信號，在整個照明設備的電源信號中，經由轉換處理的數字信號可以被傳輸于驅動電源系統中。而驅動電源結構中所包含的EPLD能夠根據照明設備的亮度值，根據所獲得的信號來進行發光強度的調節，達到自動調節的目的。

如圖1所示，EPLD模塊的存在主要是為了進行光照強度信息的采集，所采集到的ch0和ch1能夠被轉換為S_DATA0和S_DATA1，這些經由轉換處理的信息能夠被傳輸到相應的比較器中，T_Ctrl會根據對比結果來進行控制信號、指令的發出[3]。照明設備驅動電源主要包含了多個輸出，其中，一個輸出需進行照明設備發光亮度的調節，而CTRL1與CTRL2分別用于接收R_data模塊與W_data模塊的數據，當接收完這些數據以后，能夠進行照明設備發光亮度值的獲取。比較器能夠進行照明設備亮度值、外界環境光照強度值的計算，根據其計算結果，能夠實現對照明設備驅動電源亮度的自動調節。

3 基于自適應PID控制的驅動電源設計

3.1 照明設備驅動電源硬件設計

在大型智能化建筑照明設備的光調節中，驅動電源起著重要的作用，為發揮驅動電源的作用，其總體設計主要采用的是反激式隔離開關電源設計。在驅動電源的運行中，輸入端110 V～230 V的交流電會依次經由保險絲F1、EMI濾波電路等加以傳輸。EMI電路中，電感T1、2個X1型電容CX1、CX2是其中的重要構成，再加上輸入端熱敏電阻RT1的存在，使得在運行過程中能夠有效應對浪涌電流的沖擊作用。電流經由整流濾波以后，會進入CBB電容C1來進行濾波，隨后在此濾波處理以后進入功率因數進行電路的調節，使得功率因數能夠達到0.9以上。電流在進入初級繞組、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備主回路的這種特殊構成使得其可以在光調節中發揮重要的作用。驅動電源控制回路主要采用的是PWM控制，這種控制方式下，采樣電阻能夠實現電流信號向電壓信號的轉換，經由A/D轉換處理，這些被轉換處理的信號進入控制器，而內部自適應模糊PID算法的存在能夠使其產生PWM控制信號，輸出信號可以進行照明設備亮度與PWM信號進行有效的控制，優化照明設備發光的自動調節。

3.2 構建驅動電源控制模型

驅動電源控制模型的構建對于實現大型智能化建筑光調節也有著重要的意義，驅動電源控制模型中，主要包含了模糊控制系統與可控式PID系統，模糊控制系統的構建主要是為了對PID所涉及的各個參數實施自動化修正，而可控式PID系統的存在是為了對驅動電源加以控制。一般情況下，驅動電源PID控制系統的參數主要為KP、KI和KD，三者之間存在著緊密的聯系。1）如果取值相對較小，為了使驅動電源始終處于穩定、可靠的運行狀態下，需盡量增大KP、KI的數值，而為了應對驅動電源預設值周圍的些微波動情況，需盡量將KD取小一些。2）當取值處于中間時，為了保障驅動電源處于正常的運轉狀態下，需盡量將KP取小一些，避免取值過大對電源驅動所造成的不利影響。3）如果取值較大，為保持驅動電源良好的動態性能，需保持KD的較大值，KP的較小值[4]。

3.3 實現驅動電源的自動化控制

在大型智能化建筑照明設備驅動控制系統的運行過程中，只有實現了驅動電源的自動化控制，才能夠在驅動電源的運行中根據具體的情況來進行相應的調節與控制。在驅動電源控制中，極易出現發光亮度誤差的情況，為了有效避免此類現象，可以采用PID系統控制來實現，將光通量約束于光通量周圍，一旦光通量超出了標準范圍，需利用控制算法加以約束，以保持驅動電源的穩定性。此外，驅動電源控制器宜選用3個輸出、2個輸入形式，并保持輸入與輸出成正比。傳統算法的光調節存在問題，往往是由于在外界環境光亮始終處于動態變化的狀態下，而驅動電源光亮度調節難以滿足實時調節的需求。新型自適應光調節方式克服了傳統調節的弊端，能夠實現自動化控制。

4 結語

近年來，隨著人們對建筑物提出了更多、更高的要求，大型智能化建筑尤其要注重智能化、自動化等的應用。在大型智能化建筑照明設備的光調節方面，需加大自適應光調節技術的應用，提高光調節的科學性，實現照明設備發光調節的優化。

參考文獻

[1]魏丹利.建筑電氣智能化系統聯動控制技術[J].中國住宅設施，2020（2）：103-104，92.

[2]陳安安.智能建筑照明自動控制系統及關鍵技術分析[J].工程技術研究，2019，4（23）：202-203.

[3]吳迪.建筑智能用電系統健康節能策略探究[J].綠色環保建材，2019（12）：43-44.

[4]王國寧.建筑電氣中的照明節能問題探析[J].工程技術研究，2019，4（17）：190-191.