专利名称：用于建筑物照明的光水平控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及照明至少部分的建筑物。具体而言，它涉及通过控制电灯(electriclight)和窗户处理装置(window treatment)来控制至少部分的建筑物的光水平(lightlevel)。
背景技术：
现代建筑物经常配备有诸如电动帘或百叶窗的可控制窗户处理装置，从而控制通过开口，典型地通过窗户进入建筑物的阳光的数量。再者，现代建筑物经常也配备有可控制
电灯，从而允许控制单独或多组电气照明设备(light fixture)的光水平。光水平控制典型地通过调光器实现。尽可能多地利用阳光通常是有益的。对于建筑物的占用者，通过阳光照明一般导致增加的健康。从环境以及成本角度来说，由于减小的电气照明要求，最优利用阳光来照明建筑物的内部可以减小建筑物的能耗。再者，最优控制也可以进一步导致减小的加热和冷却要求。在许多情形中，窗户处理装置和电灯手动和/或彼此独立地被控制，从而导致阳光的次最优利用。美国专利No. 7，566，137公开了一种用于维持建筑物空间中的期望照明分布状况(profile)的照明维持系统，其中建筑物空间可由阳光和电灯二者照明。该系统包含用于检测空间的照明水平的传感器，补充对空间的照明的多个可调光电灯，以及用于控制电灯的调光水平的控制系统。控制系统将调光水平调节朝向预设水平，该预设水平将导致空间内的期望照明分布状况。公开了多个实施例，所述实施例进一步实施可控制窗户处理装置以用于有选择地改变进入空间的阳光的数量。然而本领域中仍然存在对改进的需求。
发明内容
现有技术的建筑物照明系统串行地操作。在串行操作中，首先通过操作窗户处理装置来调节阳光的数量，之后电灯被调节以满足给定照明水平设定点。这种系统经常被用户发现是不令人满意的，因为串行操作缓慢并且等待时间会被发现是无法容忍的。如果用户不满意光水平的自动控制，则存在这样的高风险用户将恢复到手动控制，这危害到从自动控制获得的能耗中的节省。将会是有利的是实现一种用于控制至少部分的建筑物的内部的光水平的控制系统，该控制系统能够快速调节至少部分的建筑物的内部的光水平。还将期望实现一种完全整合和自动化的控制系统，该控制系统被用户感知为帮助提供乐于停留的环境的一种用户友好系统。另外将期望实现一种完全整合和自动化的控制系统，该控制系统支持以能量高效的方式满足用户设定点要求。大体上，本发明优选地旨在单个或者以任意组合地缓和、减轻或消除一个或多个上述缺点。具体地，提供一种解决现有技术的上述问题或其它问题的控制系统，这可以被看作是本发明的目的。为了更好解决这些关注问题中的一个或多个，在本发明的第一方面中给出一种控制系统。该控制系统控制至少部分的建筑物的内部的光水平，所述至少部分的建筑物既由经由一个或多个透明部分的阳光照明，也由经由一个或多个电灯的生成光照明；该控制系统可操作地连接到
用于探测内部光水平的至少一个内部传感器；
用于控制一个或多个电灯的光水平的至少一个电灯控制器；
用于控制通过一个或多个透明部分而准入的阳光的准入水平的至少一个窗户处理装置控制器；以及
用于操控控制设定点的处理单元，该处理单元可操作地连接到至少一个内部传感器；其中该处理单元确定探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异，并且其中通过操作至少一个电灯控制器和至少一个窗户处理装置控制器，一个或多个电灯的光水平以及通过一个或多个透明部分而准入的阳光的准入水平被并行地控制，从而基于探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异来控制至少部分的建筑物的内部的光水平。通过提供一种使能实现至少一个电灯控制器和至少一个窗户处理装置控制器的并行操作的控制系统，可以提供一种快速的系统，因为至少电灯可以被快速调节从而瞬时地或基本上瞬时地满足设定点。具体地，在其中窗户处理装置的操作花费更长时间的情形中，电灯可以被操作以调解(accommodate)窗户处理装置，使得用户体验到该差异的减小是在短时间内获得。通过基于探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异来操作至少一个电灯控制器和至少一个窗户处理装置控制器，该系统基于用户所在环境的实际光水平来操作。就环境是否被体验为乐于停留而言，环境的实际光水平典型地是至关重要的。长期待在光水平被感知为非最优的环境中典型地导致不满意。通过使控制是基于探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异，该系统在用户体验的实际光水平上操作，并且本系统不太容易引起用户不满意以及用户不太可能切换到手动控制。在有利实施例中，至少一个电灯控制器和至少一个窗户处理装置控制器被操作以减小探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异。通过使控制是基于减小这种差异，可以使用快速且鲁棒地将实际光水平调解到设定点的光水平的整合操作。在有利实施例中，至少一个电灯控制器和至少一个窗户处理装置控制器利用一输出操作，该输出与探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异成比例。通过使控制是基于比例操作，光水平可以将实际光水平快速调解到设定点的光水平。在有利实施例中，至少一个电灯控制器和至少一个窗户处理装置控制器可操作地连接，使得至少一个电灯控制器从至少一个窗户处理装置控制器接收操作信息，和/或反之亦然；以及其中至少一个电灯控制器基于来自至少一个窗户处理装置控制器的接收的信息被操作，并且/或者至少一个窗户处理装置控制器基于来自至少一个电灯控制器的接收的信息被操作。通过在两种类型的控制器之间共享操作信息，可以提供一种完全整合的系统，在该系统中在一个子单元已经可用的信息可以在另一个子单元被使用，由此提供一种支持详细控制的系统。操作信息可以是诸如照明设备的调光水平以及通过窗户处理装置准入的光的份额的信息。在有利实施例中，至少一个电灯控制器和至少一个窗户处理装置控制器的并行操作包含朝向由控制设定点定义的准入水平，操作至少一个窗户处理装置控制器；以及操、作至少一个电灯控制器以减小探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异。窗户处理装置操作的时间常数比电灯长。在其中窗户处理装置的特定准入水平是期望的情形中，诸如有关或者直接来自太阳或者来自阳光反射的眩光问题，用户可以将窗户处理装置操作到期望位置，同时仍维持基本恒定光水平。本发明各实施例的优点在于，该控制系统支持基于附加标准来操作电灯和窗户处理装置。在有利实施例中，这种附加标准是基于按照能量高效方式操作电灯。在实施例中，这是这样实现的通过使处理单元进一步确定电灯的能耗的度量，并且其中通过减小探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异以及通过减小电灯的能耗，控制一个或多个电灯的光水平以及通过一个或多个透明部分而准入的阳光的准入水平。本发明的优点为它支持分散以及集中操作。存在两种类型操作的优点和缺点，这可以取决于给出的使用情形。本发明各实施例不限于它们中的任何一种，由此提供一种可 以结合大量常规建筑物操作系统被使用的多功能系统。在本发明各有利实施例中，电灯控制器和窗户处理装置控制器通过通信链路而通信连接。原则上，任何合适的通信链路可以被使用，诸如本地专用连接，或者诸如用于数据和/或建筑物控制的企业网络的中枢网络。本发明的优点为它不依赖于给定通信的特定实施方式，因而使得它是一种多功能系统。在本发明各有利实施例中，该系统的操作进一步基于来自用于探测阳光水平的至少一个外部传感器的输入，光水平的甚至更佳的控制可以被提供。在有利实施例中，可用的阳光被用于控制窗户处理装置。在其它有利实施例中，外部传感器读数可以用于实施眩光探测，其进而可以用于自动地控制窗户处理装置以避免建筑物用户非常厌烦的眩光效果。将该传感器称为外部传感器并不暗示传感器置于外部位置，该传感器可以置于内部或外部，这取决于特定实施方式，只要传感器可以探测外部光水平(即阳光水平)即可。在本发明各有利实施例中，该系统的操作进一步基于使用用于探测房间中人的存在的占用传感器，该照明系统可以依据规则被操作，该规则取决于房间里是否有人而定义操作设置。在一种简单形式中，这种规则可以是定义最后一个占用者离开房间直到灯被切断的时间段的时间设置。这可以使能耗最小化，因为如果房间里没有人，电灯可以关断。依据本发明的第二方面，给出了一种照明系统。该照明系统包含
用于探测内部光水平的至少一个内部传感器；
用于控制一个或多个电灯的光水平的至少一个电灯控制器；
用于控制通过一个或多个透明部分而准入的阳光的准入水平的至少一个窗户处理装置控制器；
用于操控控制设定点的处理单元，该控制设定点包含内部光水平设定点，该处理单元可操作地连接到至少一个内部传感器；以及
用于控制所述至少部分的建筑物的内部的光水平的控制单元；
其中该控制单元操作该处理单元以确定探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异，并且其中通过操作至少一个电灯控制器和至少一个窗户处理装置控制器，一个或多个电灯的光水平以及通过一个或多个透明部分而准入的阳光的准入水平被并行地控制，从而基于探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异来控制至少部分的建筑物的内部的光水平。
依据本发明的第三方面，给出了一种操作照明系统的方法。该方法包含
接收控制设定点，该控制设定点包含内部光水平设定点；
探测内部光水平；
控制一个或多个电灯的光水平；以及
控制至少一个窗户处理装置从而设置通过一个或多个透明部分而准入的阳光的准入水平；
其中通过操作至少一个电灯和至少一个窗户处理装置，一个或多个电灯的光水平以及通过一个或多个透明部分而准入的阳光的准入水平被并行地控制，从而基于探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异来控制至少部分的建筑物的内部的光水平。该方法可以有利地在计算机程序产品中实施，以用于在计算机上运行时，依据本 发明的第一、第二和/或第三方面控制照明系统。大体上本发明各个方面可以按照在本发明范围内是可能的任何方式组合和耦合。本发明的这些和其它方面、特征和/或优点将参考下文描述的实施例而显见，并且将参考下文描述的实施例得到阐述。
将参考附图仅仅通过示例的方式描述本发明的实施例，在附图中
图I示意性说明用于照明建筑物的内部的照明系统的实施例；
图2A和2B说明整体控制布局的两个实施例的框 图3说明实施由窗户处理装置控制器执行的控制环路的简化大体流程 图4A和4B说明实施由电灯控制器执行的控制环路的简化大体流程 图5说明实施分散控制算法的控制系统的简化框 图6说明实施集中控制算法的控制系统的简化框 图7至9说明曲线图，所述曲线图示出依据本发明各实施例的系统的仿真结果；以及 图10说明大体流程图，从而说明结合本发明各实施例执行的大体步骤。
具体实施例方式图I示意性说明用于照明此处用房间平面图示例性表示的建筑物I的内部的照明系统的实施例。照明系统包含控制系统2，该控制系统可操作地连接到内部传感器3，其用于探测内部光水平；电灯控制器4，其用于控制其连接到的电灯的光水平；以及窗户处理装置控制器5，其用于控制窗户处理装置6以调节通过透明部分而准入的阳光准入水平，所述透明部分在此处为两个窗户8的形式。窗户处理装置典型地为帘或百叶窗的形式。在实施例中，该控制系统为可操作地连接到处理单元7的控制单元的形式。该系统进一步包含用于探测阳光水平的外部传感器9。外部传感器9被说明为置于建筑物的外侧上。然而，传感器也可以在内部置于其在那里可以探测外部光水平的位置，诸如在窗户处理装置后方。该图进一步说明占用传感器10，其用于探测房间中人的存在；以及通信链路11。该控制系统被说明为单个实体。然而将理解，它可以按照任何合适方式实施，典型地或者实施为中央系统或者实施为分布式系统。在分布式系统中，处理单元可以分布在至少一个或多个电灯控制器、一个或多个窗户处理装置控制器以及一个或多个用户接口上。控制系统的操作可以基于借助计算机程序产品12提供的指令，诸如以任何形式以及通过任何手段提供的计算机代码。将理解，出于说明原因而提供图I的特定细节。大体上，该照明系统可以结合包含任意类型平面图的任意类型建筑物被提供。建筑物可以细分为多个部分，诸如细分为多个区域，在所述多个区域中，一个区域的电灯按照独立的方式被控制。例如，四个电灯和两个窗户处理装置可以基于由两个内部传感器读数探测的光水平的平均值而共同地被控制。大体上，建筑物可以分为任意数目的分区，在所述分区中，光水平基于下述共同地被控制基于来自任意数目的内部传感器的传感器读数，操作任意数目的窗户处理装置和任意数目的电灯。如果超过一个传感器被用于共同地控制一组电灯，则可以生成组合传感器信号。组合传感器信号可以是平均信号、加权信号或者任何其它合适信号。照明设备和窗户处理装置的数目将取决于具体应用。
图2A和2B说明整体控制布局的两个实施例的框图。图2A说明采用分散控制的实施例，而图2B说明采用集中控制的实施例。在图2中，从三个提供装置接收输入值或信号从设定点值20导出的输入值，从来自内部传感器21的传感器读数导出的输入值，以及从来自外部传感器22的传感器读数导出的输入值。设定点20可以基于用户设置和更一般的控制设置的组合。传感器典型地为能够探测照明水平的光电传感器的形式。照明水平通常表达为给定勒克斯(Iux)水平。基于输入，电灯23、23’和窗户处理装置24、24’通过使用控制器被控制，该控制器或者是专用控制器25、26的形式或者是共享的中央控制器27的形式。在各实施例中，电灯控制器控制照明设备的调光水平，并且窗户处理装置控制器控制窗户处理装置电机。在说明的实施例中，电灯控制器和窗户处理装置控制器可操作地连接28、29以便操作信息可以被共享，使得电灯可以基于来自窗户处理装置的接收的信息被操作，和/或反之亦然。图3说明在下述情形中实施由窗户处理装置控制器执行的控制环路的简化大体流程图其中电灯控制器与窗户处理装置控制器共享调光水平状态形式的操作信息，使得窗户处理装置可以依据这种状态被操作。在图3和4的流程图中，“是”缩写为“y”，并且“否”缩写为“η”。初始开环被设置以探测窗户处理装置系统是否
30:设置在自动模式。如果是，
31:探测设定点是否未被满足，或者窗户处理装置是否未完全打开以及电灯接通。如果窗户处理装置完全打开，窗户处理装置无法被操作以提供更多的光。因此，如果对上述条件的回答为否，该系统被指示返回去探测自动模式是否被设置30。如果对上述条件(31)的回答为是，下述控制序列被执行
32:确定电灯是否切断；
如果是，
33:确定房间中的光水平是否高于由设定点定义的目标水平。也就是说，确定探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异是否为正或负。如果探测的光水平高于设定点水平，则；34:减小窗户处理装置的准入水平。如果在32确定电灯接通；
35:还确定房间中的光水平是否高于由设定点定义的目标水平。然而，这种情况下，如果光水平太高
36:窗户处理装置的准入水平被缓慢地减小；否则
37:窗户处理装置的准入水平被增大。图4A说明在下述情形中实施由电灯控制器执行的控制环路的简化大体流程图其中电灯控制器不接收关于窗户处理装置控制器状态的信息。 初始开环被设置以探测电灯控制是否
40:设置在自动模式。如果是，
41:探测设定点是否被满足
如果对上述条件(41)的回答为是，下述控制序列被执行
42:确定房间中的光水平是否高于由设定点定义的目标水平。也就是说，确定探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异是否为正或负。如果探测的光水平高于设定点水平，则
43:减小生成的电光的水平，比如通过增大调光水平。然而如果探测的光水平不高于设定点水平，则
44:增大生成的电光的水平，比如通过减小调光水平。图4B说明在下述情形中实施由电灯控制器执行的控制环路的简化大体流程图其中电灯控制器接收关于窗户处理装置控制器状态的信息，使得电灯可以依据这种状态被操作。初始开环被设置以探测电灯系统是否
400:设置在自动模式。如果是，
401:探测设定点是否被满足，或者窗户处理装置是否未完全打开以及电灯接通。如果对上述条件(401)的回答为是，下述控制序列被执行
402:确定窗户处理装置是否处于最大准入水平；
如果是，
403:确定房间中的光水平是否高于由设定点定义的目标水平。也就是说，确定探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异是否为正或负。如果探测的光水平高于设定点水平，则；
404:减小电光水平，比如通过增大调光。如果在402确定窗户处理装置不是处于最大准入水平；
405:还确定房间中的光水平是否高于由设定点定义的目标水平。然而，这种情况下，如果光水平太高
406:电光水平被增大，比如通过减小调光；否则
407:电光水平被缓慢地增大，比如通过缓慢地减小调光。在下文中，在另外细节中公开了两个实施例，其中该控制系统通过定义成本函数来实施，该成本函数使探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异最小化。在以下示例中，除了探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异之外，成本函数还包含电灯的能耗的贡献，使得通过减小探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异以及通过减小电灯的能耗，电灯和窗户处理装置被控制。在各实施例中，电灯控制器和窗户处理装置控制器可以被实施，从而基于使成本函数最小化的梯度下降算法来自适应地控制光水平。成本函数可以被构造以包含来自光水平差异和来自能耗的贡献。光水平差异在以下称为光照误差。下面的方程Eq. I和Eq. 2自适应地减小光照误差和能耗
权利要求
1.一种用于控制至少部分的建筑物(I)的内部的光水平的控制系统(2)，所述至少部分的建筑物既由经由一个或多个透明部分(8)的阳光照明，也由经由一个或多个电灯(4)的生成光照明；该控制系统可操作地连接到 用于探测内部光水平的至少一个内部传感器(3)； 用于控制一个或多个电灯的光水平的至少一个电灯控制器(4)； 用于控制通过一个或多个透明部分而准入的阳光的准入水平的至少一个窗户处理装置控制器(5);以及 用于操控控制设定点的处理单元(7)，该控制设定点包含内部光水平设定点，该处理单元可操作地连接到至少一个内部传感器； 其中该处理单元确定探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异，并且其中通、过操作至少一个电灯控制器和至少一个窗户处理装置控制器，一个或多个电灯的光水平以及通过一个或多个透明部分而准入的阳光的准入水平被并行地控制，从而基于探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异来控制至少部分的建筑物的内部的光水平。
2.根据权利要求I的控制系统，其中至少一个电灯控制器和至少一个窗户处理装置控制器被操作以减小探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异。
3.根据权利要求I的控制系统，其中至少一个电灯控制器和至少一个窗户处理装置控制器利用一输出操作，该输出与探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异成比例。
4.根据权利要求I的控制系统，其中至少一个电灯控制器和至少一个窗户处理装置控制器可操作地连接(28、29)，使得至少一个电灯控制器从至少一个窗户处理装置控制器接收操作信息，和/或反之亦然；以及其中至少一个电灯控制器基于来自至少一个窗户处理装置控制器的接收的信息被操作，并且/或者至少一个窗户处理装置控制器基于来自至少一个电灯控制器的接收的信息被操作。
5.根据权利要求I的控制系统，其中至少一个电灯控制器和至少一个窗户处理装置控制器的并行操作包含朝向由控制设定点定义的准入水平，操作至少一个窗户处理装置控制器；以及操作至少一个电灯控制器以减小探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异。
6.根据权利要求I的控制系统，其中处理单元进一步确定电灯的能耗的度量，并且其中通过减小探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异以及通过减小电灯的能耗，一个或多个电灯的光水平以及通过一个或多个透明部分而准入的阳光的准入水平被控制。
7.根据权利要求I的控制系统，其中所述至少一个电灯控制器和至少一个窗户处理装置控制器的至少一个包含本地处理单元(25)，其用于一个或多个电灯的光水平以及通过一个或多个透明部分而准入的阳光的准入水平中的至少一个的分散控制。
8.根据权利要求I的控制系统，进一步可操作地连接到中央控制单元(27)，其用于控制所述至少一个电灯控制器和至少一个窗户处理装置控制器的至少一个，以用于一个或多个电灯的光水平以及通过一个或多个透明部分而准入的阳光的准入水平中的至少一个的集中控制。
9.根据权利要求I的控制系统，其中至少一个电灯控制器和至少一个窗户处理装置控制器通过通信链路(11)而通信连接。
10.根据权利要求I的控制系统，进一步可操作地连接到用于探测阳光水平的至少一个外部传感器(9)。
11.根据权利要求I的控制系统，进一步可操作地连接到用于探测在建筑物的区域中存在人的一个或多个占用传感器(10)。
12.用于照明至少部分的建筑物(I)的照明系统，所述至少部分的建筑物既由经由一个或多个透明部分(8)的阳光照明，也由经由一个或多个电灯(4)的生成光照明；该照明系统包含 用于探测内部光水平的至少一个内部传感器(3)； 用于控制一个或多个电灯的光水平的至少一个电灯控制器(4)； 用于控制通过一个或多个透明部分而准入的阳光的准入水平的至少一个窗户处理装 置控制器(5)； 用于操控控制设定点的处理单元(2)，该控制设定点包含内部光水平设定点，该处理单元可操作地连接到至少一个内部传感器；以及 用于控制所述至少部分的建筑物的内部的光水平的控制单元； 其中该控制单元(2)操作该处理单元以确定探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异，并且其中通过操作至少一个电灯控制器和至少一个窗户处理装置控制器，一个或多个电灯的光水平以及通过一个或多个透明部分而准入的阳光的准入水平被并行地控制，从而基于探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异来控制至少部分的建筑物的内部的光水平。
13.操作照明系统从而照明至少部分的建筑物的方法，该方法包含 接收(101)控制设定点，该控制设定点包含内部光水平设定点； 探测(102)内部光水平； 控制(103) —个或多个电灯的光水平；以及 控制(104)至少一个窗户处理装置从而设置通过一个或多个透明部分而准入的阳光的准入水平； 其中通过操作至少一个电灯和至少一个窗户处理装置，一个或多个电灯的光水平以及通过一个或多个透明部分而准入的阳光的准入水平被并行地控制，从而基于探测的内部光水平和内部光水平设定点之间的差异来控制至少部分的建筑物的内部的光水平。
14.一种计算机程序产品(12)，用于在计算机上运行时控制照明系统从而依据权利要求11照明至少部分的建筑物。
全文摘要
本发明涉及通过控制电灯和窗户处理装置的用于建筑物照明的光水平控制。在实施例中，光水平由控制系统(2)控制，该控制系统可操作地连接到用于探测内部光水平的至少一个内部传感器(3)；用于控制光水平的至少一个电灯控制器(4)；用于控制阳光准入水平的至少一个窗户处理装置控制器(5)；以及用于操控控制设定点的处理单元(7)，该控制设定点包括内部光水平设定点。通过操作电灯控制器和窗户处理装置控制器，电灯的水平以及阳光的准入水平被并行地控制。
文档编号H05B37/02GK102742363SQ201180009387
公开日2012年10月17日 申请日期2011年2月7日 优先权日2010年2月11日
发明者D.伯鲁 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司