计算机控制的节能路灯系统设计.doc

摘要： 伴随着城市规模的扩大，宜居生活环境的改善，城市路灯照明发展迅速。很多大中城市都在进行城市灯光亮化工程、灯光景观工程，纷纷提出要让城市的夜晚亮起来。在满足夜间道路照明需要的同时赋予城市路灯更多的照明功能， 但是这从很大程度上加大了城市能源消耗，在美化城市夜景的同时也带来了一些新的问题。比如深夜时景观灯也一直常亮，冬春和夏秋季节的开关灯时间设定不合理，有的地方在追求亮化的同时产生灯光污染，过度使用高耗能的灯具，节电技术与产品使用范围不大等等， 这与国家的可持续发展战略不相适应，应当引起我们的思考。推广节能产品和节电技术的应用在城市规模迅速扩大的这个时候尤其显得十分紧迫。计算机控制系统运算速度快、精度高、具有极丰富的逻辑判断功能和大容量的存储能力，容易实现复杂的控制规律，极大地提高系统性能。等诸多优点。在本文中我们利用计算机控制研究方法提出了一种控制器，用来控制路灯的亮灭，来达到节约资源、降低损耗的目的。 关键词：计算机控制 节能路灯 数字控制器 一．计算机控制系统简述 1.1计算机控制系统的组成 (1)被控对象； (2)执行机构； (3)测量装置； (4)指令给定装置； (5)计算机系统，包括下述主要部件： ①A/D转换器，将连续模拟信号转换为断续的数字二进制信号，送入计算机。 ②D/A转换器，将计算机产生的数字指令信号转换为连续模拟信号（直流电压）并送给直流电机的放大部件。 ③数字计算机（包括硬件及相关软件），实现信号的变换处理，按给定的算法产生相应的控制指令。 1.2计算机控制系统的主要特点和优点 (1)计算机控制系统的特点 ①计算机控制系统必须包括有计算机，它是一个数字式离散处理器。此外，由于多数系统的被控对象及执行部件，测量部件好似连续模拟式的，因此还必须加入信号变换装置。所以，计算机控制系统通常是模拟与数字部件的混合系统。 ②信号形式上的特点，连续系统中各点信号均为连续模拟信号，而计算机控制系统有多种信号形式，由于计算机是串行工作的，必须按一定的采样间隔对连续信号进行采样，将其变成时间上是断续的信号才能进入计算机。所以除了有连续模拟信号外，还有离散模拟，离散数字，连续数字信号形式等，是一种混合信号形式系统。 ③系统工作方式上的特点，在连续控制系统中，控制器通常都是由不同的电路构成的，并且一台控制器仅为一个控制回路服务。在计算机控制服务中，一台计算机可同时控制多个被控量或被控对象，即可为多个控制回路服务。每个控制回路的控制方式由软件设计。同一台计算机可以采用串行或分时并行方式实现控制。 (2)计算机控制系统的优点 ①运算速度快、精度高、具有极丰富的逻辑判断功能和大容量的存储能力，容易实现复杂的控制规律，极大地提高系统性能。 ②功能/价格的比值高。 ③控制算法由软件程序实现，因此适应性强，灵活性高。 ④可使用各种数字部件，从而提高系统测量灵敏度并可利用数字通信来传输信息。 ⑤使控制与管理更易结合，并实现层次更高的自动化。 ⑥实现自动检测和故障诊断较为方便，故提高了系统的可靠性和容错及维修能力。 1.3计算机实际工程的设计方法 (1)连续域设计-离散化方法 将计算机控制系统看成是连续系统，在连续域上设计得到连续控制器。由于它要在数字计算机上实现，因此，采用不同方法将其数字化(离散化)。 (2)直接数字域(离散域)设计 把系统看成是纯离散信号系统，直接在离散域进行设计，得到数字控制器，在计算机里实现。 二．节能路灯的设计 在能源十分吃紧的今天，能源的高效利用至关重要。目前路灯照明的节能方式主要有两种：一种是光源节能方法，一种是控制节能方法。本文中我们介绍的是控制节能方法，我们在采用节能控制器进行节能时，可通过多种节能模式的组合来达到节能的目的。我们通过对控制器的设计来达到控制路灯亮灭的目的，管理者也可以通过手动输入来调节路灯的亮灭。 2.1节能路灯控制系统模型 该节能控制系统能根据不同的工作环境，通过对控制器的设计对被控对象进行控制，来选择合适的模式以及模式组合，从而对路灯进行节能控制。节能控制系统模型如下图所示： 图2.1节能路灯控制系统模型 下面将具体介绍节能路灯控制系统模型，若采样周期为0.01s。 (1)下面将s域转换到z域 我们要在w域中进行研究，因此我们首先要做的事将被控对象从s域中转换到z域中： 被控对象的脉冲传递函数： 根据公式： 采用matlab命令： Gnum=[1]; Gdes=[1,10,0,0]; [Gznum,Gzdes]=c2dm(Gnum,Gdes,0.01,zoh); 得到运行结果为： Gznum = 1.0e-006 * 0 0.1626 0.6344 0.1547 Gzdes = 1.0000 -2.9048 2.809