ПРИМЕНЕНИЕ АШИМ РЕГУЛЯТОРА В УПРАВЛЕНИИ ОСВЕЩЕНИЕМ РАБОЧЕГО МЕСТА

В статье рассматривается применение амплитудной широтно-импульсной модуляции в регулировании освещенности рабочего места.

В настоящее время наибольшую популярность завоевывают светодиодные источники освещения (светодиодные лампы, светодиодные ленты). Их основным достоинством является низкое энергопотребление (за счет малых значений питающего напряжения и тока) и высокий ресурс работы и при соответствующем спектре излучения оказывает благоприятное воздействие на организм работника.

Недостатком существующих систем светодиодного освещения является отсутствие возможности плавного включения освещения и зависимости искусственного освещения от естественного.

В настоящее время чаще всего рабочее место освещается искусственным или комбинированным (естественное + искусственное) светом.

Авторами статьи предлагаются следующие изменения в существующей схеме освещения для достижения максимального удобства:

1.  Применение светодиодных ламп или светодиодных лент вместо стационарных ламп накаливания и ламп дневного света;

2.  Использование двух и более фотодатчиков;

3.  Применение АШИМ для осуществления плавного регулирования уровня освещения рабочего места.

Применительно к автоматическому регулированию освещения рабочего места, следует заметить, что яркость свечения большинства светодиодов зависит от силы тока питающего напряжения.

Внедрение светодиодного, автоматически регулируемого, освещения осуществляется для достижения следующих целей:

1.  Снижение энергопотребления;

2.  Достижение максимальной равномерности освещения (уменьшение количества затененных участков);

3.  Достижение равномерности освещения в течение смены (отсутствие заметной разницы в естественном и искусственном освещении);

4.  Увеличение КПД осветительного оборудования;

5.  Управление освещением индивидуального рабочего места каждого конкретного человека, а не всего помещения в целом. Таким образом подстраивается освещение под конкретного человека и расположение конкретного рабочего места;

6.  Применением АШИМ в регулировании освещения рабочего места;

7.  Поддержание уровня освещения на заданном уровне с учетом других источников освещения (естественное, общее освещение помещения);

8.  Создание распределенного освещения, а не сосредоточенного.

Сложность АШИМ регулирования связана с одновременным управлением двумя переменными — амплитудой регулирующего сигнала и длительностью его импульса.

Рисунок 1. Структура САУ, где З — задающее устройство, Р — регулятор, ОУ — объект управления, Д — датчик

АШИМ-регулятор имеет следующую передаточную функцию:

где:  — амплитуда импульса,

 — длительность импульса.

При высокой частоте f ШИП можно cчитать безинерционным звеном и в первом приближении пренебречь величинами , A и  и принять W(p)=K [4].

Источник светодиодного освещения, как объект регулирование, представляет собой апериодическое звено [1]:

Датчик, как объект регулирование, представляет собой апериодическое звено [1]:

Система управления должна отвечать следующим критериям:

1.  Установившаяся ошибка регулирования e → 0

2.  Перерегулирование σ → 0

3.  Время регулирования t ≤ 1 c

Проведем расчет системы управления.

Передаточная функция системы в разомкнутом виде:

Передаточная функция системы в замкнутом виде:

Найдем переходную характеристику системы

Воспользуемся преобразование Эйлера и построим график переходной характеристики модели САУ

Рисунок 2. Переходная характеристика модели САУ

Средняя освещенность естественным светом рабочей поверхности внутри помещения обычно составляет 10—15 % от естественной освещенности. Это связано с изменением положения Солнца и образованием тени в условиях городской застройки.

Освещенность рабочей поверхности для большинства производств, как правило, составляет 300 лк [2, Табл. 1, характеристика зрительной работы средней точности].

В результате проведения ряда экспериментов с различными входными параметрами были выявлены следующие достоинства предлагаемой схемы:

1.  Нет необходимости в использовании порогового реле, при котором включается искусственное освещение, т. к. требуемый уровень освещения поддерживается на постоянном оптимальном уровне, согласованном с внешним естественным освещением;

2.  Освещение является равномерным, наличие вертикальных теней сводится к минимуму.

Список литературы:

1.        Завьялов В.А. Методические основы теории автоматического управления: учебное пособие / В.А. Завьялов, К.Е. Горшков, И.В. Редин. — М.: МГСУ, 2009. — 75 с.

2.            СНиП 23-05-95, Естественное и искусственное освещение.

3.            Электронный ресурс. Режим доступа. URL: http://arx.novosibdom.ru/node/188.

4.            Электронный ресурс. Режим доступа. URL: http://imed.narod.ru/el_mech/pwm.htm.