[发明专利]一种开放办公室分布式照明控制方法

摘要

本发明公开了一种开放办公室分布式照明控制方法，该开放办公室包括有N个亮度可调节的LED灯，分别布置在M个工作台上用以设定工作台期望照度的智能设备，N个传感器‑执行器节点，用以一一对应检测LED灯照度和控制调节LED灯亮度。本发明中，N个传感器用以获取M个工作台的期望照度，基于平均一致性理论计算开放办公室的期望照度；N个传感器‑执行器检测N个灯具的照度信息，基于期望照度和实际照度间的偏差分布式调整N个灯具的亮度水平。本发明提供了一种开放办公室照明亮度自动控制策略，可用于目前已有的智能化办公室中，实现根据实际需求对智能开放办公室工作台的亮度调整。

主权项

1.一种开放办公室分布式照明控制方法，所述的开放办公室包括有：N个布置在天花板上的亮度可调节的LED灯；分别布置在M个工作台上用以设定工作台期望照度的智能设备，每个工作台设定的期望照度由智能设备以无线形式广播出去；N个传感器‑执行器节点，用以一一对应检测LED灯照度和控制调节LED灯亮度，且每个LED灯基于占空比机制进行0％—100％亮度的控制调节；其特征在于：包括以下步骤：(1)、图论表示：用图来表征各个传感器‑执行器节点构成的分布式网络中节点间的通信关系，其中V＝{1,2,...,N}为节点集合，N表示节点数目；用边集表示N个节点间通信关系，若节点i接收到节点j的信息，则{i,j}∈E(i,j∈V,i≠j)，反之且假定网络中不存在自连接，即若{i,j}∈E，则节点j为节点i的输入邻居节点；定义N_i＝{j|(i,j)∈E,i≠j}表示节点i的输入邻居节点集，d_i＝|N_i|表示节点i的入度。(2)、基于平均一致性理论计算获取开放办公室期望照度：记ω_rl为工作台l的期望照度设定值，其中l＝1,2,...,M)，ω_rl由位于工作台上的无线智能设备进行设置，在设置完成后以无线形式广播给传感器‑执行器节点；位于天花板上的传感器‑执行器i接收通信范围内工作台发来的期望照度设定值ω_rq(q＝1,2,...,M,q∈N_ri)，根据公式进行办公室期望照度初值ω_ri(0)的获取，通过与相邻传感器‑执行器j(j∈N_i)间的信息交换，并基于公式进行ω_ri(k)的迭代，其中k∈Z为迭代次数，μ>0为分布式控制增益,Wi_j为传感器‑执行器节点j与i间的连接权重；将N个传感器‑执行器间的通信关系用网络G来表征，记对角阵为网络G的入度矩阵，W＝{W_ij}为网络G的连接权重矩阵，则网络G的拉普拉斯矩阵为L＝D_in‑W，分别按照公式：以及公式：进行W_ij和μ设计，其中d_i为传感器‑执行器节点i的输入邻居节点数，λ_i(L)为矩阵L的第i个特征值；(3)、基于期望照度和实际照度间的偏差进行LED灯亮度的分布式调整，包括以下步骤：(3.1)、日光匹配矩阵C^LS估计：记d_i和p_l分别为日光在传感器‑执行器i处、工作台l处的照度贡献，d和p分别为日光在传感器‑执行器和工作台处的照度贡献向量，其中照度贡献向量d由N个传感器‑执行器测量得到；在系统训练阶段，关闭所有的LED灯，在M个工作台上布置M个照度传感器用以检测日光在工作台出的照度贡献p，测量r组数据以得到样本矩阵P＝[p₁,p₂,...,p_r]和D＝[d₁,d₂,...,d_r]，r>>M,r>>N，基于最小二乘法进行d到p的日光匹配矩阵C^LS∈R^M×N的估计，具体为：如此，在照明控制系统中，根据日光在传感器‑执行器处的照度贡献d估计出日光在工作台处的照度贡献p，具体为p＝C^LSd；(3.2)、工作台实时照度计算：分别记y_i、u_i和ω_l为传感器‑执行器i检测的实际照度、LED灯i的亮度输出和工作台l的实际照度，传感器‑执行器i按照公式：估计工作台l的实际照度，其中：A_ij，B_lj分别是LED灯j在传感器‑执行器i处的照度增益、LED灯j在工作台l处的照度增益，d_i(k)和p_l(k)分别是日光在传感器‑执行器i处、工作台l处的照度贡献；Ξ_ij＝1表示传感器‑执行器节点i能接收到传感器‑执行器节点j的信息，而Ξ_ij＝0表示传感器‑执行器节点i接收不到传感器‑执行器节点j的信息，Γ_lj＝1表示传感器‑执行器节点j能接收到工作台l处的信息，Γ_lj＝0表示传感器‑执行器节点j能接收到工作台l处的信息，表示日光在传感器‑执行器i处照度贡献到日光在工作台l处照度贡献的匹配增益；(3.3)、LED亮度分布式调节：传感器‑执行器i按照确定受LED灯i影响最大的工作台m，并根据e_m(k)＝ω_rm‑ω_m计算该工作台m处期望照度与实际照度的偏差e_m(k)，按照公式u_i(k)＝Q{u_i(k‑1)+α_iΓ_mie_m(k‑1)}进行LED灯i亮度输出值u_i(k)的计算，其中Q{.}是为保证亮度输出值介于[0,1]间的函数，定义为：其中α_i为控制增益，按照进行分布式设计。