Библиографическое описание:

Шиколенко И. А., Завьялов В. А. Применение ШИМ в регулировании освещенности рабочего места // Молодой ученый. — 2013. — №3. — С. 122-125.

В статье рассматривается применение 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 ШИМ 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 конкретноего человека и расположение конкретного рабочего места;

  6. Применением ШИМ 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.

Для проверки целесообразности введения указанных выше изменений была проведена серия экспериментов.

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


ШИМ-регулятор имеет следующую передаточную функцию:

При высокой частоте f ШИП можно cчитать безинерционным звеном и в первом приближении пренебречь величинами и и принять W(s)=K [1].

Источник светодиодного освещения, как объект регулирование, представляет собой апериодическое звено [2]:

Датчик, как объект регулирование, представляет собой апериодическое звено [2]:

Система управления должна отвечать следующим критериям:

  1. Установившаяся ошибка регулирования e → 0

  2. Перерегулирование σ 0

  3. Время регулирования t ≤ 1 c

  4. Допустимое напряжение на выходе регулятора U ≤ 12В

Проведем расчет системы управления.

Рассмотрим реакцию системы на единичное ступенчатое воздействие.

Рис. 2. Реакция системы на единичное ступенчатое воздействие.


Числовой пример расчета синтезированной системы автоматического регулирования произведен при следующих значениях её параметров.

, , , , , .

Рис. 3. Модель системы управления


Рис. 4. Переходная характеристика математической модели.


Рассмотрим зависимость комфортного освещения рабочего места от времени суток.

Рис. 5. График суточного изменения средней освещённости горизонтальной поверхности на открытом воздухе.


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 [4, Табл. 1, характеристика зрительной работы средней точности.].


Рис. 6. График взаимосвязи уровня регулированного искусственного и естественного освещений.


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.


Литература:

  1. http://imed.narod.ru/el_mech/pwm.htm

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

  3. http://arx.novosibdom.ru/node/188

  4. СНиП 23–05–95, Естественное и искусственное освещение.



Обсуждение

Социальные комментарии Cackle