基于Vogit力学模型的照明系统节能控制研究.pdf

第 卷第 期 年 月新余学院学报 ，基于 力学模型的照明系统节能控制研究 曾繁玲（罗定职业技术学院机电工程系，广东云浮 櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆）摘要：采用 力学模型，构建照明系统离散动力学方程，分析照明系统状态空间变化特征，估计照明系统负载；引入电流灵敏度参量，结合照明系统电磁耦合特性，构建照明系统节能控制模型；通过自适应迭代处理实现自适应寻优，获取照明系统内环控制输出增益；根据照明系统节能控制带恒功率负载等效原理消除复阻抗，达到节能控制稳定的目的。以照明系统作为实验对象进行实验，结果表明该方法的节能控制效果较好，能够有效确保照明系统节能控制的稳定性。关键词：负载估计；照明系统；节能控制；复阻抗；电气自动化系统中图分类号：文献标志码：文章编号：（）櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆 收稿日期：作者简介：曾繁玲（），女，广东罗定人，副教授，硕士，主要从事控制科学与工程研究。电气自动化系统在现代工业生产中具有重要地位，在工业生产总能耗中占比较高。为了提高电气系统的能效，许多研究人员进行了相关研究。阎保华等 对建筑设备功能和控制特点进行分析，通过采用控制执行软件，调试节能管理上机位，建立了电气工程自动化网络，实现了供配电节能控制。该方法虽然降低了运行电耗成本，但节能控制效果并不理想。高文博 对电厂设备节能控制应用进行分析，完成了电厂设备自动化控制系统的节能控制。该方法有效保证了设备的安全运行，但整体能耗仍然较高。针对上述问题，本文提出了基于 力学模型的照明系统节能控制研究。在基于 力学模型建立的照明系统离散动力学方程中，引入电流灵敏度参量和自适应迭代，通过消除复阻抗和获取内环控制输出增益实现稳定性和节能效果的提升。该方法有助于降低能耗，提高能源利用效率。照明系统的负载估计电流、电压负载转矩的估计，会受到多种因素的干扰，导致所得到的负载力矩不精确 。为此，本文提出了照明系统的负载估计方法。照明系统在工作时，其动力学特性具有显著特征，充分考虑照明系统对荷载的响应，采用 力学模型，构建照明系统离散动力学方程，可表示为：（）式中，、分别表示系统质量和位移，、分别表示系统阻尼和速度，、分别表示系统刚度和加速度。由于负载的改变，使得照明系统的工作电阻改变，从而引起一些参数的改变 。因此，需要建立时变系统来进行工程应用分析，通过对时变系统进行动态特征分析，得出时变系统 状态空间模型为：（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）式中，（）表示时变状态量，（）表示系统输入参量，（）、（）、（）、（）分别表示时变系统、系统输入、系统输出、直接转移矩阵。通过上述系统状态空间变化特征，估计照明系统负载，分析系统负载与干扰功率提升的关系 ，新余学院学报 年如图 所示。图 系统负载与干扰功率提升的关系曲线由图可知，系统上行干扰功率提升体现了系统运行负载程度，系统运行负载越高，干扰功率提升水平也就越高。基于负载估计的系统节能控制方案设计 系统节能控制模型构建在估计照明系统负载的基础上，通过引入电流灵敏度参量，对电气自动控制进行了参数识别，并利用稳定的增益进行了仿真。针对照明系统中的干扰控制问题，采用三层前向神经网络 ，根据照明系统的电磁耦合特性，提出了一种基于电磁耦合特性的内环补偿控制方法，电流内环控制如图 所示。图 电流内环控制结合内环反馈调节方法 ，构建照明系统节能控制模型。假设 轴在功率因数下的初始电流 为 ，照明系统稳态电流为，通过内环和并网相结合的控制方法，获取的系统节能控制模型为：（）式中，表示照明系统永磁增益，表示内环电流控制模型，表示时间常数。使用自适应迭代方法辨识参数，实现自适应寻优，由此获取的系统内环控制输出增益为：（）式中，表示总参量，表示输出次数。在照明系统中，节能控制器的硬件要求较高，而且要对整个系统进行全面的能源消耗统计，采集参数是为了满足对控制系统和响应判定的需要。在选择极限数据时，要确保对功率自动调整进行最优化处理，以确保数据的准确性，保证系统的能源损耗。以最大迭代次数和终止条件为控制阈值，由此实现照明系统全局优化节能控制。第 期曾繁玲：基于 力学模型的照明系统节能控制研究 消除节能控制误差为了消除节能控制误差，必须对照明系统进行最优配置。常规的控制装置在非运行的情况下，会一直处于高能耗的运行模式，经过优化后可以实现整个系统能耗降低，从而达到节能降耗的目的。系统节能控制带恒功率负载等效原理如图 所示。图 系统节能控制带恒功率负载等效原理系统中无源电路或无源二端网络电性质物理量会影响节能控制稳定性，所以需要消除复阻抗特性。通过调整 滤波电感 和 滤波电容串联电路阻值，其调整公式为：（）（）式中，表示带恒功率负载等效电阻 。对于某一个确定的节能控制点，系统稳定最小滤波电感、电容电阻值可表示为：（）（）为了消除节能控制误差，需要增加滤波电感、电容电阻值，由此通过消除复阻抗达到节能控制稳定目的。实验分析为了验证基于 力学模型的照明系统节能控制研究的有效性，以某建筑照明系统为例进行实验分析。实验系统智能照明控制可以根据不同时间、不同功能区域的工作状况进行合理的管理，确保在不需要照明时将其关闭。通过智能照明控制可以确保仅在需要的情况下，点亮或达到所需的亮度，从而极大地降低建筑的能源消耗。基于上述节能控制目的，设计的实验系统如图 所示。将所测试建筑的照明系统分为三个部分，分别是场景 、场景 和场景 ，对这三个照明区域进行节能控制。照明系统的相关参数设置如表 所示。图 实验系统 新余学院学报 年表 电气自动化系统参数设置参数名称参数值光感应器精度 运动传感器覆盖范围灯光亮度可调范围 智能电力仪表精度 级电流传感器范围 电力消耗监测频率 次电力需求预测误差 照明系统能耗数据分析统计场景 、场景 和场景 三个区域一天内的能耗数据，如表 所示。表 照明系统能耗统计数据时间段场景 场景 场景 ：由表 可知，在 ：时间段，场景 、场景 一天内的能耗数据变化小于场景 一天内的能耗数据变化，在 ：时间段内，场景 几乎无能耗。实验结果与分析针对不同照明区域，分别使用文献 方法、文献 方法和本文方法对比分析节能控制效果，如图所示。（）场景 第 期曾繁玲：基于 力学模型的照明系统节能控制研究（）场景（）场景 图 不同方法节能控制效果由图 （）可知，使用文献 方法和文献 方法在时间为 ：时，照明能耗分别保持在 和 不变；在时间为 ：时，照明能耗最小值分别为 和 ，能耗最大值分别为 和 ；在时间为 ：时，能耗分别保持在 和 不变。相比于表 统计的实际数据，文献 方法和文献 方法的节能控制效果不明显。而使用本文方法在时间为 ：时，照明能耗始终保持 不变；在时间为 ：时，照明能耗最小值为 ，能耗最大值为 ；在时间为 ：时，能耗保持 不变，相比于表 统计的实际数据，节能控制效果明显。由图 （）可知，使用文献 方法在时间为 ：、：时，能耗最大值均为 ；在时间为 ：时，能耗值在 附近波动。与表 统计的实际数据相比，在时间为 ：节能控制效果更明显；使用文献 方法只有在时间为 ：时，节能控制效果明显，其余时间均未起到明显节能控制效果；使用本文方法在时间为 ：、：时，能耗最大值分别为 、，在时间为 ：时，能耗值在 附近波动，与上述两种方法相比，使用本文方法在所有时间段内都具有良好节能控制效果。由图 （）可知，场景 照明在 ：无 新余学院学报 年需使用，所以也不会出现能耗。使用文献 方法、文献 方法和本文方法在 ：时，照明能耗分别由 、下降到 ；在 ：时，照明能耗分别由上升到 、。由此可知，使用本文方法节能控制效果较好。结语照明系统在工业、建筑和交通等许多领域被广泛应用，但这些系统通常存在较高的能耗。通过设计基于负载估计的节能控制方法，可以实现对照明系统中负载的实时调节和优化，从而显著降低能源消耗，提高能源利用效率。因此，本文利用负载估计技术对照明系统负载进行实时调节，从而实现了对照明系统的节能控制。实验证明，该方法的节能控制效果较好，可以有效降低能源消耗，确保照明系统节能控制的稳定性。未来的研究可以引入机器学习和数据挖掘等技术进一步改进负载估计模型和算法，提高负载估计的精度和实时性。参考文献：阎保华，吕新华 建筑机械设备电气工程自动化的供配电节能控制分析 制造业自动化，（）：高文博 基于电厂设备电气自动化系统的节能控制研究 现代信息科技，（）：郝洪涛，杨庭杰，张超 基于负载估计的带式输送机系统节能控制方法研究 煤炭科学技术，（）：李刚，李舒维，邱伟 带恒功率负载控制方法的研究 电气传动，（）：刘航，吕国林 多源数据融合的无人机性能参数智能感知研究 计算机仿真，（）：靳行，林建辉，陈谢祺 变微分模态分解罚参量选择方法与时变系统识别 西南交通大学学报，（）：仲国民，俞其乐，陈强 哈默斯坦非线性时变系统的加权学习辨识方法 电子与信息学报，（）：郭敬，张玉杰 基于遗传模拟退火算法的室内照明节能控制方法研究 应用光学，（）：张薇琳，陈灵敏 基于扰动抑制的三相逆变器模型预测控制策略 电气传动，（）：杨文光，高艳辉，王清 模糊前向神经网络在瓦斯涌出量预测中的应用 安徽大学学报（自然科学版），（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，：，（）：第 期曾繁玲：基于 力学模型的照明系统节能控制研究 ，（）：（责任编校：任华）（，）：，：；