專利名稱：一種根據隧道照明需求進行照明調節的前饋控制方法
技術領域：
本發明屬于隧道內照明設備技術領域，特別涉及一種隧道照明智能控制方法。
背景技術：
長期以來，隧道照明一直沿用的高壓鈉燈、熒光燈高壓汞燈、鹵素燈等常規產品由 于含汞等有害物質，且在隧道內必須常年通電點亮，耗能極大，已越來越不適應人們對環保 節能的追求，人們迫切需要尋找新型的節能環保的照明光源。LED燈作為一種新型的固體光源，即節能、壽命長、利用率高。還有一個優越的特性 就是亮度瞬時可控性。這個特性不僅能使能耗更低、壽命更長，也能使光衰更低。1、洞外亮度對能耗的影響洞外亮度是隧道照明設計的一個最基本的參數，通常是在7-8月份的夏季中午晴 天測得，照明的設計都要依據這個參數，但洞外亮度受季節，時間，氣候的影響，實際亮度遠 小于這個值，因此在一年90%的時間里，洞外亮度都小于這個值，造成過度照明和電能的浪 費。有研究表明年平均白天功率需求只占設計功率的22. 7%，如果亮度可控，則通過根據需 求進行亮度的調整，則可以節省77. 3%的白天功率。傳統的高壓鈉燈只能做到很小范圍的 調光，且通常做成有級分段調光的形式，而led燈則有很寬的調節范圍，且可以實現快速無 級的調節。2、LED燈作為一種半導體固體燈，影響其壽命的一個很重要的因素就是其結溫，因 此如果能不斷根據需要調整燈具的運行功率使其不用一直滿負荷運行，可以降低結溫，改 善散熱條件，增加使用壽命。3、LED燈的溫度同樣影響其光衰，因此通過根據需求進行亮度調節可以減緩LED 燈的光衰。因此，如果能夠實時根據檢測到的隧道參數包括洞外亮度、洞內亮度、車流量流速 等，并根據這些參數以及國家標準確定洞內各段所需的亮度，然后根據該亮度，對隧道內的 所有燈具進行亮度控制調整，使得隧道內的實際照度符合該亮度，則可以大大優化隧道內 照明的節能安全運行。通過本發明的方法對LED照明系統進行控制，一方面可以節約能耗， 一方面還可以延長燈具的使用壽命和減少光衰，另一方面還能提高安全性。
發明內容
本發明針對現有隧道照明控制系統無法完全按照實際的亮度需要，進行在線控制 和調整隧道內的亮度的缺陷，提出了一種前饋與反饋結合的控制方法，通過檢測洞外亮度、 洞內亮度、車流量流速等參數，根據標準確定隧道內的照度需求曲線。然后采用一種前饋結 合反饋的控制策略，對隧道內的所有燈具的照度進行控制和調節，使得隧道內的照度能夠 實時的跟隨實際的照度需要，優化照明系統的安全節能運行。為此，本發明采用如下的技術 方案一種根據隧道照明需求進行照明調節的前饋控制方法，包括下列步驟
1)檢測洞外亮度，獲得洞外亮度值，對該亮度值折減后得到入口段的亮度；2)將過渡段分為三個過渡子段，以入口段的亮度為基礎，設定各個過渡子段、中間 段、出口段的亮度基準值，給出亮度需求曲線；3)根據亮度需求曲線，設定對各個LED隧道燈所在位置的亮度進行反饋調節的給 定值，根據洞內部分亮度檢測值實現對整體LED隧道燈的亮度反饋調節；4)以隧道內的位置為參數，代入亮度需求曲線，得到對應位置的平均照度Eav，再
W-S-E
將該位置對應隧道段的燈具間隔S以及平均照度Eav代入光通量公式0 =式中，利
用系數η，燈具排列模式N，維護系數Μ，馬路寬度W為常數，求得所需計算位置的燈具的平 均光通量Φ，再根據該位置的燈具的滿光通量，計算該處燈具的調光百分比，從而確定該處 燈具的控制量的大小，對每個燈具的亮度進行前饋控制。上述的三個過渡子段的亮度基準值可以分別為入口段亮度的0. 3,0. 1和0. 35，出 口段的亮度設定為中間段的5倍。本發明針對隧道照明系統，采用LED燈具進行重新設計、替換和改造，提出了一種 采用前饋結合反饋的控制策略，根據生成的照度需求曲線，對隧道內的所有燈具的照度進 行控制和調節，使得隧道內的照度能夠實時的跟隨實際的照度需要，優化照明系統的安全 節能運行，延長了燈具的使用壽命和減少光衰，并能大大節約了能耗。
圖1本發明實施例應用的隧道LED照明系統結構圖。圖2整體隧道照明前饋與反饋控制原理圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步說明。為了解決隧道照明節能安全優化控制問題，本發明按照圖1搭建隧道照明監控系 統，包括中心監控主機、亮度檢測單元、車流量流速監測單元、環境溫度傳感器、通信總線、 區域控制器、帶通信總線的單燈控制電源、LED燈具。中心監控主機采用工控機，運行中心 監控管理軟件和通信接口軟件，車流量流速檢測系統、亮度計和溫度傳感器的檢測參數，通 過通信總線，傳送給中心監控主機。中心監控主機通過通信接口，把區域控制指令下發到各 個區域控制器，再通過區域控制器的通信總線分別對系統的所有燈具進行控制，進行調光， 并能對每臺燈具的狀態(亮燈，滅燈，故障，照度給定等)進行查詢，并顯示在軟件監控界面 上。本發明提出了一種前饋與反饋相結合的燈具亮度控制調節方法，根據該照度需求 曲線，對隧道內的所有燈具的亮度進行調節，使隧道內的亮度符合該照度曲線。由于洞外亮 度，洞內亮度，車流量流速是個動態變化的參數，所以整個照度曲線的生成以及燈具的亮度 調節過程是一個動態過程。下面對本發明的控制方法做詳細說明。1)采用亮度傳感器可以直接將檢測到的洞外亮度L20 (S)通過通訊總線傳輸到中 心監控主機，來獲得準確的洞外亮度值，該檢測值作為中心監控主機的控制決策依據。
4
在入口段，根據公式Lth = k · L20 (S)(1)計算出入口段的亮度。其中k為折減系數。k的值可以查《公路隧道通風照明設 計規范JTJ026. 1-1999》得到。根據公路隧道照明設計規范將過渡段分為三個過渡子段。并在每段分開的過渡段 中，每段的亮度基準值分別為
Α.=DLth
權利要求
一種根據隧道照明需求進行照明調節的前饋控制方法，包括下列步驟1)檢測洞外亮度，獲得洞外亮度值，對該亮度值折減后得到入口段的亮度；2)將過渡段分為三個過渡子段，以入口段的亮度為基礎，設定各個過渡子段、中間段、出口段的亮度基準值，給出亮度需求曲線；3)根據亮度需求曲線，設定對各個LED隧道燈所在位置的亮度進行反饋調節的給定值，根據洞內部分亮度檢測值實現對整體LED隧道燈的亮度反饋調節；4)以隧道內的位置為參數，代入亮度需求曲線，得到對應位置的平均照度Eav，再將該位置對應隧道段的燈具間隔S以及平均照度Eav代入光通量公式式中，利用系數η，燈具排列模式N，維護系數M，馬路寬度W為常數，求得所需計算位置的燈具的平均光通量φ，再根據該位置的燈具的滿光通量，計算該處燈具的調光百分比，從而確定該處燈具的控制量的大小，對每個燈具的亮度進行前饋控制。FDA0000026678170000011.tif
2.根據權利要求1所述的前饋控制方法，其特征在于，三個過渡子段的亮度基準值可 以分別為入口段亮度的0. 3,0. 1和0. 35，出口段的亮度可以設定為中間段的5倍。
全文摘要
本發明屬于隧道內照明設備技術領域，涉及一種根據隧道照明需求進行照明調節的前饋控制方法，包括1)檢測洞外亮度，獲得洞外亮度值，對該亮度值折減后得到入口段的亮度；2)將過渡段分為三個過渡子段，以入口段的亮度為基礎，設定各個過渡子段、中間段、出口段的亮度基準值，給出亮度需求曲線；3)根據亮度需求曲線，設定和洞內部分亮度檢測值實現對整體LED隧道燈的亮度反饋調節；4)以隧道內的位置為參數，代入亮度需求曲線，得到對應位置的平均照度，再根據光通量公式，確定各處燈具的控制量的大小，對每個燈具的亮度進行前饋控制。本發明延長了燈具的使用壽命，并能節約能耗。
文檔編號H05B37/02GK101965085SQ20101028675
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月19日 優先權日2010年9月19日
發明者何熠, 馮守中, 吳愛國, 辛長國 申請人:天津大學