一种高速列车照明不舒适眩光模拟系统控制方法与流程

本发明涉及列车照明系统领域，具体涉及一种高速列车照明不舒适眩光模拟系统控制方法。

背景技术

照明系统设计作为高速列车设计的重要组成部分，对列车司乘人员及时准确地获取视觉信息、减缓视觉疲劳、保证列车安全行驶起到不可忽视的作用。

近年来，随着高铁迅猛发展，舒适性成为高速列车技术发展追求的方向，事关乘客的身心健康，迫切需要深入研究。但在研究过程中，有许多问题急需解决，如高速列车舒适性模拟试验技术、舒适性评价理论、舒适性的提升优化技术等，其中高速列车照明舒适性是列车舒适性研究中重要组成部分。

近来虽然国内外学者在高速列车照明舒适方面做了大量的研究，但仍然存下以下问题：

1)传统的对照明舒适度研究通常只片面地考虑对高速列车内部照度模拟系统的研究，即研究高速列车在快速运行过程中，不同天气、一天不同时间、进出隧道等各种工矿下照度对乘客舒乘坐舒适性影响。而实际高速列车实际照明环境下，影响列车照明舒适性的不仅仅包括照度，同时包括亮度分布、照度均匀度、照度稳定性和眩光等指标，其中眩光是影响照明舒适性的最主要因素，对眩光的研究可综合考虑照度，亮度分布和照度均匀度和稳定度等指标。

2)近来虽然国内外学者越来越重视对列车照明不舒适眩光模拟系统的研究，但是仅仅停留在采用主观实验的方法和现场测量ugr眩光评价模型计算参数的方式进行照明不舒适眩光评价将面临诸多问题，例如采用客观模型评价眩光时，眩光源的边界难以确定导致模型参数无法确定，更严重的问题是传统照明眩光评价方法依赖实物模型，因而不能在列车照明设计初期完成，这将导致在样车建成之后若发现问题，再去改进照明舒适性环境时可能导致车体结构、电气设备布置等的一系列改动，势必会增加制造成本，延长设计周期。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种高速列车照明不舒适眩光模拟系统控制方法，提高对高速列车室内环境眩光自适应控制和评估研究能力，实现高精度和准确地控制眩光。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高速列车照明不舒适眩光模拟系统控制方法，包括以下步骤：

步骤1：向终端pc机导入期望眩光值曲线；

步骤2：灯具系统、数显功率计开始工作，数显功率计实时采集灯具系统的功率，并将功率反馈到终端pc机中，眩光测试系统采集现场光源区域的实际眩光值，并将实际眩光值反馈到终端pc机中；

步骤3：终端pc机根据列车室内光源区域的实际眩光值与期望眩光值，由于光源区域的眩光值ugr与灯具系统亮度值存在公式关系，根据设定的控制策略向可控硅控制器发出控制信号，可控硅控制器根据控制信号调节灯具系统的电压以改变灯具系统的实际功率和实际亮度，直到模拟出期望眩光值曲线所示的眩光值ugr，实现期望眩光值曲线的动态跟踪模拟；

其中，所述控制策略为：在终端pc机中设定棒棒控制策略和模糊控制策略的切换门限值ugrmax，若│△ugr│≤ugrmax，采用模糊控制策略；反之，则采用棒棒控制策略；其中△ugr值为实际眩光值与期望眩光值之间的误差；

所述棒棒控制策略的步骤为：若△ugr≤-ugrmax，终端pc机通过棒棒控制向可控硅控制器发出控制信号，可控硅控制器根据控制信号调节灯具系统的电压u＝umax；若△ugr>ugrmax时，终端pc机通过棒棒控制向可控硅控制器发出控制信号，可控硅控制器根据控制信号调节灯具系统的电压u＝0；

所述模糊控制策略的步骤为：1)眩光误差模糊化，设定眩光误差模糊化域{ugr}和眩光误差变化率模糊域{△ugr}；2)按照模糊控制策略推理出灯具系统的电压模糊域{u}；3)采用重心法对灯具系统的电压u的模糊域进行模糊化；4)得到灯具系统的电压u＝0～umax。

进一步的，所述眩光测试系统应用高像质数百万像素ccd，采用高动态范围成像技术hdr。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明利用眩光快速变化的控制特性，将棒棒控制(bang-bang控制)和模糊控制相结合，灯具系统、数显功率计为多组控制并联控制单元，实现对不同区域的眩光值的控制，控制精度高；实现了列车室眩光变化的跟踪控制，能够很好的满足研究高速列车车内眩光变化对乘客舒适度影响的需求。

2)在现有控制方法上，对眩光快速变化模拟，实际眩光值快速跟踪期望眩光值。用棒棒控制用来控制眩光的快速变化，采用眩光测试系统实时在线测量现场实际眩光值，同时用模糊控制规则来调整眩光的超调量，提供了眩光的精确控制，极大地提高了对高速列车室内环境眩光自适应控制和评估能力。

附图说明

图1为本发明实施例的设备连接图。

图2为本发明实施例的控制原理图。

图3为本发明实施例中高速列车室内照明不舒适眩光模拟系统控制方法的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式和附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，本发明一种高速列车照明不舒适眩光模拟系统控制方法，涉及到的模拟系统包括一次连接的终端pc机、可控硅控制器、灯具系统、数显功率计和眩光测试系统，灯具系统、数显功率计、可控硅控制器和眩光测试系统均设置于列车内。

本发明的灯具系统包括均匀分布在列车室内的led节能灯。眩光测试系统应用高像质数百万像素ccd，采用高动态范围成像技术(hdr)，精确测量照明场景中各点的亮度，并根据理想公式计算眩光指标。

如图3所示，本发明控制方法，包括以下步骤：

a1、向终端pc机导入期望眩光值曲线；

a2、灯具系统、数显功率计开始工作，数显功率计实时采集灯具系统的功率，并将功率反馈到终端pc机中，眩光测试系统采集现场光源区域的实际眩光值，并将实际眩光值反馈到终端pc机中；

a3、终端pc机根据列车室内光源区域的实际眩光值与期望眩光值，由于光源区域的眩光值ugr与灯具系统亮度值公式关系为：

式中lb为背景亮度(cd/m²)；lα为观察者方向每个灯具的亮度(cd/m²)；ω为每个灯具发光部分对观察者眼睛所形成的立体角(sr)；p为每个单独灯具的位置指数。因此，光源区域的眩光值ugr与灯具的亮度值、背景亮度值、每个灯具发光部分对观察者眼睛所形成的立体角和每个单独灯具的位置指数有关。

本发明通过终端pc机的控制策略向可控硅控制器发出控制信号，可控硅控制器根据控制信号调节灯具系统的电压u，以改变灯具系统的实际功率和实际亮度，再通过眩光测试系统采集实际眩光值反馈到终端pc机中，直到模拟出期望眩光值曲线所示的眩光值ugr，实现期望眩光值曲线的动态跟踪模拟。

u是灯具系统的电压，电压值在0-umax之间，当u＝0时，输出0v；当u＝umax时，输出220v。由p功率＝u²/r(p功率表示功率，u表示电压，r表示电阻)。因此功率由电压决定，而在灯具光效一定的情况下，灯具的亮度由功率决定，进而灯具的亮度由电压决定。

上述控制策略如下：在终端pc机中设定棒棒控制策略和模糊控制策略的切换门限值ugrmax。若│△ugr│≤ugrmax，采用模糊控制策略；反之，则进行棒棒控制策略；其中△ugr值为实际眩光值与期望眩光限值之间的误差。

所述棒棒控制策略的步骤如下：若△ugr≤-ugrmax时，终端pc机通过棒棒控制向可控硅控制器发出控制信号，可控硅控制器根据控制信号调节灯具系统的电压u＝umax；若△ugr>ugrmax时，终端pc机通过棒棒控制向可控硅控制器发出控制信号，可控硅控制器根据控制信号调节灯具系统的电压u＝0。

所述模糊控制策略的步骤如下：

1)眩光误差模糊化，设定眩光误差模糊域{ugr}和眩光误差变化率模糊域{△ugr}，及按照模糊控制规则推理出电压的模糊域{u}＝{nb,nm,ns,no,po,ps,pm,pb}。

表1模糊控制规则

其中nb表示负最大，nm表示负中，ns表示负最小，no表示负零，pb表示正最大，pm表示正中，ps表示正最小，po表示正零。

2)采用重心法对灯具系统的电压u的模糊域进行模糊化。

3)得到灯具系统的电压u＝0～umax。

本发明模糊控制策略中，先计算出实际眩光值与期望眩光值之间的误差△ugr及误差变化率△ugr/△t，在进行上述模糊控制策略步骤。