[发明专利]一种基于模糊算法的恒光控制系统

摘要

本发明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。

主权项

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：y(n)=Σl=03blx(n-l)-Σm=14amy(n-m)]]>H(z)=Σl=03blz-l1+Σm=14amz-m;]]>智能控制模块采用控制光照度的模糊智能PID算法；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}，再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：uk=KPek+KIΣi=0kei+ukD]]>ukD=tftf+T0uk-1D+KDtf+T0(ek-ek-1)]]>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：Kj=αjKj0j=P,I,D]]>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：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。