一种基于模糊算法的恒光控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于模糊算法的恒光控制系统，该系统为：光电转换信号模块、A/D数字转换模块、数字滤波器模块、控制信号输出模块、光源模块、智能控制模块；本发明专利技术采用现代模糊技术和数字信号处理技术，实现了对照明环境的光照度自适应地调节到某一个设定的照度值；运用了采集光照信号的滤波算法，不会因外界的扰动产生错误的输出，提高了抗干扰性；采用模糊智能PID调节算法，提高了调节精度，在调节范围内能连续平滑的进行调节，调节的步距小，无闪烁和跳跃，具有较高调节品质；采用单片设计，所有功能模块全部集成在一个芯片内部，结构简单、成本低、功耗低、体积小、可靠性高的优点，能使光源发光效能和节能效果达到最佳状态。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊算法的恒光控制系统
本专利技术属于灯光照明
，尤其涉及一种基于模糊算法的恒光控制系统。
技术介绍
照明系统在我们身边随处可见，已经成为人们不可或缺的生活用品。而我们日常用到的照明系统往往多是光源输出恒定，不会随外部环境光强的改变而改变光源的照度。这样一方面在外部环境光强较强时，造成光源的浪费；另一方面在某些特殊场合，如教室、办公楼等，需要保持一个恒定的光照度，这样在恒定光照度的环境下工作、学习，眼睛不易疲劳，保护眼睛的同时提高了工作效率。由于环境的光照度情况复杂，环境中存在诸多干扰因素，检测到的信号含有无效成分，分析信号之前必须去除，而目前存在的恒光照明控制器没有进行无效信号的滤波，导致控制器的抗干扰性很差；另一方面目前的恒光控制器多是采用比较传统的工业PID控制算法，传统PID控制算法主要用于线性变量的控制，调节较为生硬，但是环境的光照度却是由多种因素相互作用的结果，光照调节前必须进行一定的智能化处理，单纯的PID控制在调节过程中会出现光照的闪烁和跳跃，调节不连续平滑，控制效果不理想。可见，目前现有的技术存在抗干扰性差，调节效果不理想等问题。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种基于模糊算法的恒光控制系统，旨在解决现有的技术存在抗干扰性差，调节效果不理想的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种基于模糊算法的恒光控制系统，该基于模糊算法的恒光控制系统包括：光电转换信号模块、A/D数字转换模块、数字滤波器模块、控制信号输出模块、光源模块、智能控制模块；光电转换信号模块，用于检测环境中的光强信号；A/D数字转换模块，与光电转换信号模块连接，用于将采集到环境中光强的模拟信号转换为数字电信号，并将电信号传给数字滤波器模块；数字滤波器模块，与A/D数字转换模块连接，接收来自A/D数字转换模块的电信号，用于通过滤波算法进行数字信号的滤波处理，并将处理后的信号传给智能控制模块；智能控制模块，与数字滤波器模块连接，接收来自经数字滤波器模块滤波后的光照信号，用于将进行滤波后的信号经过模糊智能PID算法，计算得到相应的控制输出信号，并把输出信号经控制信号输出模块控制调节光源的亮度；控制信号输出模块，与智能控制模块连接，用于把驱动控制信号放大；光源模块，与控制信号输出模块连接，接收来自控制信号输出模块的驱动信号，用于实现光源亮度的调节；所述光电转换信号模块包括光电传感器；进一步，该基于模糊算法的恒光控制系统，可外接一个按键键盘或触摸键盘及LCD显示屏。进一步，数字滤波器模块采用光强信号的滤波处理算法。进一步，光强信号的滤波处理算法具体的方法为：输入数据的预处理，光电传感器输入的信号包括各种干扰和杂波信号，通过四阶的巴特沃斯IIR数字滤波器将对人眼敏感的可见光分量信号过滤出来。进一步，四阶的巴特沃斯IIR数字滤波器，在通带边缘1kHz处的增益为-3dB，4kHz处的阻带衰减为60dB，采样频率为250kHz；四阶滤波器的差分方程和系统函数分别为：进一步，智能控制模块采用控制光照度的模糊智能PID算法。进一步，模糊智能PID算法具体的方法为：步骤一,首先创建模糊控制规则表，根据检测到得环境光照度设定值的变化，自动调整控制输出值的基本论域，依据专家的知识库选择利用偏差e和偏差的变化(de/dt)来对控制输出值的基本论域进行调整；偏差e和偏差变化(de/dt)的论域选为：e，de/dt＝{-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5}，相应的模糊子集为：de/dt＝{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}，在根据模糊控制规则表计算出PID的KP、KI、KD的模糊值，再利用解模糊算法即可得到PID参数的在线模糊自整定值；步骤二,智能PID算法的实现，控制器由模糊控制器和智能PID控制组成，设E0为控制阈值，当|e|>E0时，采用模糊控制器，当偏差比较大时，采用模糊控制器有利于加快调节速度，系统响应快，当0<|e|<E0时，采用模糊智能自整定PID控制，PID算法选择位置式不完全微分形式：在控制过程中，PID控制器的参数需根据当前的状态进行调整：式中αP，αI和αD分别为通过模糊推理计算出的修正系数，KP，KI和KD分别为基本的比例、积分和微分系数；步骤三,模糊推理逻辑，模糊推理逻辑是利用人工调节时专家的知识对光照度的变化进行推理预测的，预测时，根据e和(de/dt)的当前值，按照模糊逻辑的规则进行推理：C＝(Ek×Eck)οRc式中Ek为e的模糊子集，Eck为(de/dt)的模糊子集，Rc为通过实验建立模糊控制规则库。本专利技术提供的基于模糊算法的恒光控制系统，采用现代模糊技术和数字信号处理技术，实现了对照明环境的光照度自适应地调节到某一个设定的照度值。本专利技术运用了采集光照信号的滤波算法，不会因外界的扰动产生错误的输出，提高了抗干扰性；采用模糊智能PID调节算法，使得还具有调节范围宽，提高了调节精度，在调节范围内能连续平滑的进行调节，调节的步距小，无闪烁和跳跃，具有较高调节品质；采用单片设计，所有功能模块全部集成在一个芯片内部，结构简单、成本低、功耗低、体积小、可靠性高的优点，能使光源发光效能和节能效果达到最佳状态。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于模糊算法的恒光控制系统结构示意图；图中：1、光电转换信号模块；2、A/D数字转换模块；3、数字滤波器模块；4、控制信号输出模块；5、光源模块；6、智能控制模块；图2是本专利技术实施例提供的四阶巴特沃斯滤波器结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的模糊智能PID算法原理示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图及具体实施例对本专利技术的应用原理作进一步描述。如图1所示，本专利技术实施例的基于模糊算法的恒光控制系统主要由光电转换信号模块1、A/D数字转换模块2、数字滤波器模块3、控制信号输出模块4、光源模块5、智能控制模块6组成；光电转换信号模块1，用于检测环境中的光强信号；A/D数字转换模块2，与光电转换信号模块1连接，用于将采集到环境中光强的模拟信号转换为数字电信号，并将电信号传给数字滤波器模块3；数字滤波器模块3，与A/D数字转换模块2连接，接收来自A/D数字转换模块2的电信号，用于通过滤波算法进行数字信号的滤波处理，并将处理后的信号传给智能控制模块6；智能控制模块6，与数字滤波器模块3连接，接收来自经数字滤波器模块3滤波后的光照信号，用于将进行滤波后的信号经过模糊智能PID算法，计算得到相应的控制输出信号，并把输出信号经控制信号输出模块控制调节光源的亮度；控制信号输出模块4，与智能控制模块6连接，用于把驱动控制信号放大；光源模块5，与控制信号输出模块4连接，接收来自控制信号输出模块的驱动信号，用于实现光源亮度的调节。所述光电转换信号模块包括光电传感器。本专利技术的工作原理为：本专利技术外部环境光的亮度和光波长的变化通过光电传感器转换为一个缓变的电压信号，送入控制器由其内部的A/D数字转换模块转换为数字信号，转换后的数字信号再通过数字滤波器模块将信号中的干扰信号滤除，最后送入智能控制模块对信号进行分析，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模糊算法的恒光控制系统，其特征在于，该基于模糊算法的恒光控制系统包括：光电转换信号模块、A/D数字转换模块、数字滤波器模块、控制信号输出模块、光源模块、智能控制模块；光电转换信号模块，用于检测环境中的光强信号；A/D数字转换模块，与光电转换信号模块连接，用于将采集到环境中光强的模拟信号转换为数字电信号，并将电信号传给数字滤波器模块；数字滤波器模块，与A/D数字转换模块连接，接收来自A/D数字转换模块的电信号，用于通过滤波算法进行数字信号的滤波处理，并将处理后的信号传给智能控制模块；智能控制模块，与数字滤波器模块连接，接收来自经数字滤波器模块滤波后的光照信号，用于将进行滤波后的信号经过模糊智能PID算法，计算得到相应的控制输出信号，并把输出信号经驱动控制电路控制调节光源的亮度；控制信号输出模块，与智能控制模块连接，用于把驱动控制信号放大；光源模块，与控制信号输出模块连接，接收来自驱动电路模块的驱动信号，用于实现光源亮度的调节。

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊算法的恒光控制系统，其特征在于，该基于模糊算法的恒光控制系统包括：光电转换信号模块、A/D数字转换模块、数字滤波器模块、控制信号输出模块、光源模块、智能控制模块；光电转换信号模块，用于检测环境中的光强信号；A/D数字转换模块，与光电转换信号模块连接，用于将采集到环境中光强的模拟信号转换为数字电信号，并将电信号传给数字滤波器模块；数字滤波器模块，与A/D数字转换模块连接，接收来自A/D数字转换模块的电信号，用于通过滤波算法进行数字信号的滤波处理，并将处理后的信号传给智能控制模块；智能控制模块，与数字滤波器模块连接，接收来自经数字滤波器模块滤波后的光照信号，用于将进行滤波后的信号经过模糊智能PID算法，计算得到相应的控制输出信号，并把输出信号经控制信号输出模块控制调节光源的亮度；控制信号输出模块，与智能控制模块连接，用于把驱动控制信号放大；光源模块，与控制信号输出模块连接，接收来自控制信号输出模块的驱动信号，用于实现光源亮度的调节；所述光电转换信号模块包括光电传感器；该基于模糊算法的恒光控制系统，可外接一个按键键盘或触摸键盘及LCD显示屏；数字滤波器模块采用光强信号的滤波处理算法；光强信号的滤波处理算法具体的方法为：输入数据的预处理，光电传感器输入的信号包括各种干扰和杂波信号，通过四阶的巴特沃斯IIR数字滤波器将对人眼敏感的可见光分量信号过滤出来；为此，四阶的巴特沃斯IIR数字滤波器，在通带边缘1kHz处的增益为-3dB，4kHz处的阻带衰减为60dB，采样频率为250kHz；四阶滤波器的差分方程和系统函数分别为：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇红，李乐乐，
申请(专利权)人：江苏新可耐光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：