專利名稱：一種高速車輛客室內(nèi)照度模擬系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對高速車輛客室內(nèi)照度模擬的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著高鐵迅猛發(fā)展，相繼高速列車運(yùn)行速度、服役可靠性、運(yùn)行安全性研究之后的一個重要的課題，就是關(guān)于高速列車在運(yùn)行過程中乘客的舒適性問題，該問題受到了鐵路主管部分和鐵路專家得到了高度重視，同時，舒適性也是高速列車技術(shù)發(fā)展追求的方向，事關(guān)乘客的身心健康，迫切需要深入研究。但在研究過程中，有許多問題急需解決， 如高速列車舒適性模擬試驗(yàn)技術(shù)、舒適性評價理論、舒適性的提升優(yōu)化技術(shù)等，高速車輛客室內(nèi)部照度模擬系統(tǒng)就是研究高速列車在快速運(yùn)行過程中，不同天氣、一天不同時間、進(jìn)出隧道等各種工礦下照度對乘客舒乘坐舒適性影響的一個試驗(yàn)系統(tǒng)。目前，照度調(diào)節(jié)模擬技術(shù)得到了充分發(fā)展，主要在人工氣候模擬，體育館、圖書館、燈具研制等方面取得了很大成果，特別是對恒定照度值的控制調(diào)節(jié)，室內(nèi)補(bǔ)光照度調(diào)節(jié)等，在控制方法上主要神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法、模糊控制方法、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制方法。這些研究實(shí)現(xiàn)人工氣候形成模擬、辦公場地照度的自動補(bǔ)償調(diào)節(jié)。但是，現(xiàn)有的照度調(diào)節(jié)方法還不能滿足高速列車客室內(nèi)一些特殊情況下照度動態(tài)變化對乘客舒適性的研究，不足之處有
(1)照度分布特性不同高速列車的車窗固定，與人工氣候的百葉窗相比，對自然采光無法調(diào)節(jié)，照度分布幾乎均勻。因此在照度控制時采用同步控制，對照度控制精度、魯棒性要求高。(2)照度誤差不能進(jìn)行快速、精細(xì)調(diào)節(jié)研究高速列車客室內(nèi)部照度對乘坐舒適性的影響，除了不同照度對舒適性有影響，特別需要研究照度變化快慢對舒適性的影響關(guān)系。 現(xiàn)有的照度調(diào)節(jié)方法，在控制策略上未考慮快速控制策略與精準(zhǔn)性魯棒性較高的控制策略的混合控制策略。高鐵客源多，如乘客乘坐高鐵舒服感強(qiáng)，乘車不需要特別的休息，能夠直接投入到工作中，能夠節(jié)約大量時間，同時保障了乘客的身心健康。因此，須克服現(xiàn)有照度調(diào)節(jié)技術(shù)的不足，為深入研究照度與舒適性的關(guān)系提供試驗(yàn)條件，最終提高高速列車的乘坐舒適性和保障乘客的身心健康?？梢?，有關(guān)高速列車的舒適性研究的市場空間不言而喻，有關(guān)高速車體客室內(nèi)照度模擬方法、系統(tǒng)必將有著廣泛的市場需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供了一種高速車輛客室內(nèi)照度模擬系統(tǒng)及方法，克服了現(xiàn)有照度調(diào)節(jié)技術(shù)中對照度均勻分布調(diào)節(jié)難、照度誤差不能快速、精細(xì)調(diào)節(jié)等技術(shù)缺陷。采用 bang-bang控制和模糊控制相結(jié)合的控制策略、燈組并聯(lián)、成組同步控制，實(shí)現(xiàn)高速車輛客室照度分布均勻、照度控制的高精準(zhǔn)性和魯棒性。為實(shí)現(xiàn)其目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種高速車輛客室內(nèi)照度模擬系統(tǒng)，包括依次連接的計(jì)算機(jī)、IGBT調(diào)光器和燈組，以及與計(jì)算機(jī)的輸入端連接的照度傳感器，所述燈組和照度傳感器均設(shè)置于車輛客室內(nèi)。上述燈組包括2+2N個均勻分布于車輛客室內(nèi)的白熾燈，N為正整數(shù)。所有白熾燈相互并聯(lián)。每四個相鄰的白熾燈成矩形分布，而所述照度傳感器則設(shè)置于該矩形的中心。一種高速車輛客室內(nèi)照度模擬系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟如下
(1)向計(jì)算機(jī)導(dǎo)入期望照度變化曲線；
(2)燈組開始工作，照度傳感器采集燈組的實(shí)際照度，并將該實(shí)際照度反饋至計(jì)算機(jī)
中；
(3)計(jì)算機(jī)根據(jù)燈組的實(shí)際照度與期望照度變化曲線，通過控制策略控制IGBT調(diào)光器的控制信號電壓U，改變燈組的實(shí)際功率和實(shí)際照度，直到模擬出期望照度變化曲線所示的照度，實(shí)現(xiàn)期望照度曲線的動態(tài)跟蹤模擬。上述的控制策略如下
在計(jì)算機(jī)中設(shè)定bang-bang控制和模糊控制的切換門限值
S碰,若IeIiZmix，采用模糊控制策略；反之，則進(jìn)行bang-bang控制策略。上述bang-bang控制的步驟如下
若e i-Iwx，則直接得到控制IGBT調(diào)光器的控制信號電壓U=5 ；若e，則直接
得到控制IGBT調(diào)光器的控制信號電壓U=O。上述模糊控制的步驟如下 Cl.照度誤差模糊化
設(shè)定照度誤差模糊域E為μ , W,WSf, O,PM,/Φ},照度誤差變化率模糊域DE為 {風(fēng) NM, Ml O, PS, PM, PB)；
C2.根據(jù)Cl中設(shè)定的照度誤差模糊域E和照度誤差變化率模糊域DE，按照模糊控制規(guī)則推理出控制信號電壓的模糊域€廁，廁風(fēng)NO,PO,PS,PM,PB), C3.建立模糊控制規(guī)則；
C4.采用重心法對控制信號電壓U的模糊域進(jìn)行模糊化； C5.得到控制IGBT調(diào)光器的控制信號電壓U=0 5。上述的模糊控制，先計(jì)算出實(shí)際照度與期望照度之間誤差及其誤差變化率，再進(jìn)行步驟 C1、C2、C3、C4、C5。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
(一)、本發(fā)明充分考慮了照度對舒適性影響的研究過程中，同時需要對照度快速和精確兩種控制要求。將bang-bang控制(又叫最速控制)和模糊控制相結(jié)合，燈組并聯(lián)，成組控制；實(shí)現(xiàn)客室照度分布均勻，大照度誤差快速調(diào)節(jié)、小照度誤差精細(xì)調(diào)節(jié)的控制效果；實(shí)現(xiàn)了客室照度變化的動態(tài)跟蹤控制，能滿足研究高速列車車內(nèi)照度變化對乘客舒適性影響關(guān)系的試驗(yàn)需要。(二)、在現(xiàn)有調(diào)節(jié)方法上，對照度快速變化模擬，實(shí)際照度快速跟蹤期望照度值。用bang-bang控制用來控制照度的快速變化；用模糊控制來調(diào)整bang-bang控制帶來照度控制的超調(diào)量，實(shí)現(xiàn)照度精確控制，提高照度控制系統(tǒng)的魯棒性。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備連接圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的控制原理圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例中高速車輛客室內(nèi)照度模擬系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法的流程示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例的照度實(shí)際值和照度期望值的效果圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例圖1、2示出，本發(fā)明的一種高速車輛客室內(nèi)照度模擬系統(tǒng)，包括依次連接的計(jì)算機(jī)、IGBT調(diào)光器和燈組，以及與計(jì)算機(jī)的輸入端連接的照度傳感器，所述燈組和照度傳感器均設(shè)置于車輛客室內(nèi)。本例的燈組包括十二個均勻分布于車輛客室內(nèi)的白熾燈，且所有白熾燈相互并聯(lián)，每四個相鄰的白熾燈成矩形分布，而五個照度傳感器則分別設(shè)置于對應(yīng)的矩形中心。圖3示出，本例一種高速車輛客室內(nèi)照度模擬系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟如下
(1)向計(jì)算機(jī)導(dǎo)入期望照度變化曲線；
(2)燈組開始工作，照度傳感器采集燈組的實(shí)際照度，并將該實(shí)際照度反饋至計(jì)算機(jī)
中；
(3)計(jì)算機(jī)根據(jù)燈組的實(shí)際照度與期望照度變化曲線，通過控制策略控制IGBT調(diào)光器的控制信號電壓U，改變燈組的實(shí)際功率和實(shí)際照度，直到模擬出期望照度變化曲線所示的照度，實(shí)現(xiàn)期望照度曲線的動態(tài)跟蹤模擬。U是計(jì)算機(jī)控制IGBT調(diào)光器控制信號電壓的控制信號電壓，為0-5V的電壓，當(dāng) u=0時，輸出0V;當(dāng)u=5時，輸出220V。由p=U2/R (ρ表示功率，U表示電壓，R表示電阻)， 因此功率又電壓決定，在燈的光效一定條件下，照度由功率決定。本例的控制策略如下
在計(jì)算機(jī)中設(shè)定bang-bang控制和模糊控制的切換門限值Smffi，若 ^x，采用模
糊控制策略；反之，則進(jìn)行bang-bang控制策略。bang-bang控制的步驟如下
若6<-Effi4x，則直接得到控制IGBT調(diào)光器的控制信號電壓U=5 ；若e > ，則直接
得到控制IGBT調(diào)光器的控制信號電壓U=O。 模糊控制的步驟如下 Cl.照度誤差模糊化設(shè)定照度誤差模糊域E為{ ，MM,NS, 0’PS, PM, P5},照度誤差變化率模糊域DE為 {NB, NM風(fēng) O, PS, PM, PB)；
C2.根據(jù)Cl中設(shè)定的照度誤差模糊域E和照度誤差變化率模糊域DE，按照模糊控制規(guī)則推理出控制信號電壓的模糊域{廁,NM風(fēng)ΝΟ,ΡΟ,ΡΕ,PM,PB),
C3.建立模糊控制規(guī)則(具體見下表)；
C4.采用重心法對控制信號電壓U的模糊域進(jìn)行模糊化；
C5.得到控制IGBT調(diào)光器的控制信號電壓U=0 5。本例的模糊控制，先計(jì)算出實(shí)際照度與期望照度之間誤差及其誤差變化率·，
eM
再進(jìn)行步驟C1、C2、C3、C4、C5。其中模糊控制規(guī)則如下表
權(quán)利要求
1.一種高速車輛客室內(nèi)照度模擬系統(tǒng)，其特征在于包括依次連接的計(jì)算機(jī)、IGBT調(diào)光器和燈組，以及與計(jì)算機(jī)的輸入端連接的照度傳感器，所述燈組和照度傳感器均設(shè)置于車輛客室內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速車輛客室內(nèi)照度模擬系統(tǒng)，其特征在于所述燈組包括2+2N個均勻分布于車輛客室內(nèi)的白熾燈，N為正整數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高速車輛客室內(nèi)照度模擬系統(tǒng)，其特征在于所有白熾燈相互并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高速車輛客室內(nèi)照度模擬系統(tǒng)，其特征在于每四個相鄰的白熾燈成矩形分布，而所述照度傳感器則設(shè)置于該矩形的中心。
5.一種高速車輛客室內(nèi)照度模擬系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟如下(1)向計(jì)算機(jī)導(dǎo)入期望照度變化曲線；(2)燈組開始工作，照度傳感器采集燈組的實(shí)際照度，并將該實(shí)際照度反饋至計(jì)算機(jī)中；(3)計(jì)算機(jī)根據(jù)燈組的實(shí)際照度與期望照度變化曲線，通過控制策略控制IGBT調(diào)光器的控制信號電壓U，改變燈組的實(shí)際功率和實(shí)際照度，直到模擬出期望照度變化曲線所示的照度，實(shí)現(xiàn)期望照度曲線的動態(tài)跟蹤模擬。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高速車輛客室內(nèi)照度模擬系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟(3)中所述的控制策略如下在計(jì)算機(jī)中設(shè)定bang-bang控制和模糊控制的切換門限值Smi，若S 4皿，采用模糊控制策略；反之，則進(jìn)行bang-bang控制策略。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高速車輛客室內(nèi)照度模擬系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述bang-bang控制的步驟如下若e S-^mx，則直接得到控制IGBT調(diào)光器的控制信號電壓U=5 ；若e，則直接得到控制IGBT調(diào)光器的控制信號電壓U=O。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高速車輛客室內(nèi)照度模擬系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述模糊控制的步驟如下Cl.照度誤差模糊化設(shè)定照度誤差模糊域E為μ , Mf，O,P足 Μ,照度誤差變化率模糊域DE為 {風(fēng) MM,風(fēng) O, PS, PM, PB)；C2.根據(jù)Cl中設(shè)定的照度誤差模糊域E和照度誤差變化率模糊域DE，按照模糊控制規(guī)C3.建立模糊控制規(guī)則；C4.采用重心法對控制信號電壓U的模糊域進(jìn)行模糊化； C5.得到控制IGBT調(diào)光器的控制信號電壓U=0 5。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種高速車輛客室內(nèi)照度模擬系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述的模糊控制，先計(jì)算出實(shí)際照度與期望照度之間誤差及其誤差變化率，再進(jìn)行步驟C1、C2、C3、C4、C5。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高速車輛客室內(nèi)照度模擬系統(tǒng)，其特征在于包括依次連接的計(jì)算機(jī)、IGBT調(diào)光器和燈組，以及與計(jì)算機(jī)的輸入端連接的照度傳感器，所述燈組和照度傳感器均設(shè)置于車輛客室內(nèi)。該系統(tǒng)利用照度快速變化的控制特性，將bang-bang控制和模糊控制結(jié)合，燈組并聯(lián)，成組控制，照度分布均勻，照度誤差??；實(shí)現(xiàn)了客室照度變化的跟蹤控制，能夠很好的滿足研究高速列車車內(nèi)照度變化對乘客舒適性影響關(guān)系的需要。在現(xiàn)有的調(diào)節(jié)方法上，對照度快速變化模擬，實(shí)際照度快速跟蹤期望照度值。用bang-bang控制用來控制照度的快速變化；用模糊控制來調(diào)整照度的超調(diào)量，實(shí)現(xiàn)照度的精確控制，提高照度控制系統(tǒng)的魯棒性。
文檔編號H05B39/04GK102438381SQ201110298739
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者丁建明, 劉璐, 林建輝, 蘇燕辰 申請人:林建輝