[发明专利]基于变增益牛顿极值搜索算法的照明节能控制方法

摘要

本发明公开了一种基于变增益牛顿极值搜索算法的照明节能控制方法，通过PID闭环控制保持照度需求，同时又通过变增益牛顿极值搜索算法，不断迭代快速寻找到照明系统能耗的最低值，并保持最低值稳定输出；在变增益牛顿极值搜索算法中，引入一个正信号来改变增益的大小，所得到的新增益是变化的正值，变化趋势是先增大后减小，增大时使算法的输出快速的向极值点靠近，减小时，使输出在极值点附近的抖颤度减小，这样既缩短了搜索时间，又减小了趋于稳定时的抖颤度；同时加入自闭环系统，可以通过调节其中的参数，使输出更加稳定，快速。采用本发明可以提高牛顿极值搜索算法的速度和准确度，从而提高照明节能控制方法的整体性能。

主权项

1.一种基于变增益牛顿极值搜索算法的照明节能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、将用于照度控制区域照明的所有灯具划分为n组，且每组灯具百分比用w1,w2,…,wn表示，其中w1+w2+…+wn＝1，通过改变百分比w1,w2,…,wn的值，可以进一步控制各组灯具之间的亮度；在照度控制区域安装一个光传感器，用于照度控制区域照度的采集；(2)、设定照度控制区域的目标照度值，初始化每组灯具的百分比为第n组构成向量(3)、向量经过扰动S(t)的作用产生输入向量W′＝[w′₁,w′₂,…,w′_n‑1]^T；所述的扰动S(t)为[a1sinσ1t,a2sinσ2t,...,an‑1sinσn‑1t]T，其中，t为时间，系数a1,a2,…,an‑1、频率参数σ1,σ2,…,σn‑1根据具体情况确定；所述的输入向量W′为：(4)、将输入向量W′与百分比的第n项w′n＝1‑w′1‑w′2‑…‑w′n‑1进行整合得到输入向量W＝[w1,w2,…,wn]T，光传感器将照度控制区域的采集照度值通过I2C协议传入控制器，控制器通过串口将采集照度值数据传入到上位机；在上位机中，采集照度值与目标照度值做PID闭环控制，即目标照度值减去采集照度值，差值送入PID控制器中，PID控制器输出控制量，控制量作用于各组灯具的百分比即w1,w2,…,wn，将作用后的结果通过串口输出传给控制器，然后对各组灯具亮暗程度进行控制；而当灯具的亮暗程度改变时，再通过光传感器对照度控制区域照度进行实时采集，再次进行PID闭环控制，不断减小采集照度值和目标照度值的差值，最终使采集照度值稳定在目标照度值；(5)、计算每组灯具的能耗，然后求和，得到总能耗E′；(6)、如果总能耗E′与上一次得到的每组灯具的亮度百分比w1,w2,…,wn下的总能耗E0的差值ΔE，即|E′‑E0|小于设定的阈值，则结束，此时输出的每组灯具的亮度组合即百分比w1,w2,…,wn为满足用户照度需求，同时能耗最低亮度组合；否则，进入步骤(7)；(7)对总能耗E′进行滤波，以滤去不稳定的波动，得到滤波后的总能耗E；滤波后的总能耗E经过低通滤波器后乘以增益p产生正信号r，其表达式为：其中，h是预设的常数，取值范围为h＞0；增益参数p的选择要求为令信号r为正信号；(8)、滤波后的总能耗E分别与扰动M(t)和扰动N(t)作用，其中：所述的扰动M(t)为：所述的总能耗E与扰动M(t)作用为M(t)·E，即：所述的扰动N(t)为一个(n‑1)×(n‑1)的矩阵，其中，i行i列元素Nii、i行j列元素Nij分别为：所述的总能耗E与扰动N(t)作用为M(t)·E，即：总能耗E与扰动N(t)作用后，其结果通过Riccati方程构造出Hessian矩阵H的逆矩阵的估计矩阵Γ，然后，将估计矩阵Γ乘以总能耗E与扰动M(t)作用后的结果，产生变量ΔE′＝ΓM(t)E；ΔE′经过一个自闭环系统产生信号ΔW′，自闭环系统的过程为：先经过一个常系数对角矩阵J，在经过低通滤波对角矩阵F(s)，产生信号ΔW′，将其求导后乘以常系数对角矩阵Q后反馈给ΔE′；(9)、将变量ΔW′与正信号r相乘，再乘以‑K后积分，其中K为常系数，在向量处寻找到使能耗降低的下一个估计迭代点即向量即：然后将向量作为向量返回步骤(3)。