基于模糊控制算法的智能路灯节能控制研究摘要本文以模糊控制算法为基础对智能路灯节能控制系统进行了相关研究，系统主要以模糊控制算法和模糊PID
控制算法相辅助，通过对电压的调节，实现亮度的控制，进而控制路灯的不同时间的电量，实现节能的目的。智能路灯控制系统主要通过接收声音信
号、光照信号分别使用电容传声器、照度传感器进行信号接收，然后模糊PID控制算法通过控制路灯控制终端对路灯的端电压进行有效调节，使路
灯在有行人出行以及车辆驶入时能自动的对路灯亮度进行调节，在没有行人出行和车辆驶入的情况下路灯处于关闭状态。最后，文章利用simul
ink对智能路灯节能控制系统进行仿真验证，仿真验证结果表明模糊PID控制算法可以通过调节路灯的端电压对路灯亮度进行调节，从而降低能
源消耗。AbstractTheintelligentstreetlampenergy-savingcontrolstu
diedinthispaperisbasedontheintelligentcontrolsystemof
fuzzycontrolalgorithm,whicheffectivelyadjuststheendvoltag
eofstreetlampandcontrolstheilluminationbrightnessofstre
etlampbycombiningfuzzycontrolalgorithmwithfuzzyPIDcontr
olalgorithm,thuschangingthepowerconsumptionofstreetlamp
atdifferenttimes.Intelligentstreetlampcontrolsystemmainly
byreceivingsoundsignal,lightsignalrespectivelyusingcapac
itivetransmitter,illuminationsensorforsignalreception,and
thenfuzzyPIDcontrolalgorithmbycontrollingthestreetlampc
ontrolterminaltoeffectivelyadjusttheendvoltageofstreetl
amps,sothatstreetlightsinpedestriantravelandvehiclescan
automaticallyadjustthebrightnessofstreetlights,intheabse
nceofpedestriantravelandvehiclesdriveinthecaseofstreet
lightsinaclosedstate.Finally,thepaperusessimulinktosi
mulatetheintelligentstreetlampenergysavingcontrolsystem,
andthesimulationverificationresultsshowthatthefuzzyPIDc
ontrolalgorithmcanadjustthebrightnessofthestreetlampby
adjustingtheendvoltageofthestreetlamp,thusreducingthee
nergyconsumption.第一章绪论1.1研究目的及意义随着可持续发展理念的提出，资源节约型社会的打造成了我国社会
发展主要目标之一，由此，能源问题也备受关注。电力作为我们日常生活中最重要的能源之一具有十分重要的作用。虽然我国近些年来一直强调节能
减排，但电力资源浪费的现象仍然是很普遍的。电力不仅关乎到我们的生活，也关乎到整个社会经济的发展。基于模糊控制算法的智能路灯控制系统
，可以通过相关组件的应用，通过对不同时段路灯电压的调节来进行路灯照明亮度的控制，进而过改变耗电量来达到节能的目的[1]。路灯是我们
日常生活中最常见的用电设备之一，无论是广场还是道路两侧都会有路灯进行照明，路灯的耗电量在我国的整体用电中也占有一定的比重。如果能够
对路灯进行节能控制，势必会降低很大的用电开支，实现节能的目的的同时也节约了耗电成本[2]。节能装置控制，在一定程度上来讲，通过控制
系统对电压的调节，可以根据路灯周围的环境情况来及时准确的进行电压控制，进而对耗电量进行调节，可以在很大程度上降低电量使用的同时，也
可以降低因长时间照明而使路灯性能下降的维护成本。对智能路灯控制系统进行研究是十分有必要的。1.2国内外研究现状国外对于智能照明系
统技术研究比较早，西方发达国家早在20世纪90年代就开始研究。西方发达国家路灯照明系统在漫长的发展过程中已经积累了大量的经验。现如
今，世界各地的智能照明技术发展很迅速，部分国家在实现自动化的基础上正朝着完全自动化、无人化的方向发展。日本就研究出了智能路灯的远程
控制系统[3]。国外对于路灯控制的相关研究，在实现健康策略的同时，还始终坚持着信息化和管理手段的现代化。特别是在系统管理的相关研究
上，无论是管理模式还是管理手段，都具有一定的现代化水准。在管理手段上，不管是日常维护还是还是整体的管理都已经实现了现代化，如果路灯
出现了问题，使用相机进行拍照后上传，就可以及时准确地对问题进行解决和处理。管理系统的现代化主要是指综合应用平台的推广，无论是系统的
设计还是后期的维护，都通过平台来进行，这样大大提高了工作效率，节约了很大的成本。与国外相比，我国关于路灯等照明系统的相关研究起步比
较晚，发展的也比较缓慢。虽然在近些年来在相关学者和研究人员的共同努力下，得到了取得了一定的成绩，但是仍然面临着很多问题。“中国绿色
照明”对与照明节能相关的领域提出了新要求，不仅要实现照明，还要实现绿色照明，也就是说要在实现节约能源的目的下实现照明的功能[4]。
为此，十分有必要对新型能源及相关控制系统进行研究和应用。近年来，国内大多城市都采用了的照明节能手段，主要是分为以下几种：第一种是节
能型光源；第二种是定时节能控制方式。第二章智能路灯节能控制系统方案2.1智能路灯的节能原理概述最近几年，国际节电研究界提出“
在保证照明效果下点着灯”，这种全新的节电模式被相关学者广泛讨论和研究，学术界普遍认为这一概念是十分符合时代发展需要的。人类的视觉对
光线具有一定的适应性。人类视觉的变化与光照的强度变化虽然是成正比的，但是光照下降10%的情况下，人类的视觉才会下降1%，所以不会造
成太大的影响。对路灯进行节能控制，合理的降低光照不仅实现了节约电力的目的，而且不会对人类的活动造成很大影响。我们都知道在供电回路当
中，路灯在进行工作的同时不仅仅会产生光能，而且也会产生一定的热量，热量转换成热能以后会在一定程度上对路灯使用寿命造成影响，在消耗能
源的同时也不利于路灯的长久使用。所以将消耗的热能进行转化，实现能源的回收利用是十分有必要的。如果可以通过智能控制来降低能源消耗，同
样也可以达到节约能源的目的。在没有人的时候，路灯自动熄灭，在有人体通过的时候，路灯自动亮起。这样通过对电路的控制，不仅可以实现节约
电力，而且还能够降低维护路灯的成本，同时led灯的应用也可以在很大程度上起到节约能源，降低消耗的目的。2.2传统的节能方法2.2
.1光源节能方法近年来我国节能电光源产量发展迅猛，各类节能卤钨灯、荧光灯和高强度气体放电灯年产量已达4.5亿只，节能光源已经开始
大量代替原有的路灯光源。使用节能灯具可以在获得相同照度的情况下大幅降低能耗，同时节能光源具有较长的使用寿命，可以节省大量的灯具成本
消耗。但光源节能方法也存在许多的不足：首先我国还没有建立统一的、指令性的照明节能法规，节能光源标准不一；其次节能光源与环境保护存在
一定矛盾，主要是汞污染的防治问题还有待解决；同时在产品结构上，节能型产品所占比例仍很低，仅占电光源总产量的12%左右，其质量水平和
生产技术装备水平与国际先进水平还有一定差距。2.2.2定时控制节能方法定时控制节能方式主要以时间为唯一的开关灯依据，不论气象条件
如何变化，均只能在规定时刻开关灯，随季节变化人工干预调整开关时间。采用定时控制方式时，由于一年四季的时差，要经常对定时器进行人工调
整，从夏至到冬至，日出时间推迟、日落时间提前；从冬至到夏至，日出时间提前、日落时间推迟，据此天气现象，要求路灯开关时间根据日出日落
时间进行调整。这样不仅消耗大量人力资源，还可能由于调整不及时而造成浪费。2.3控制方案介绍智能路灯基恩控制系统的组成部分包括：路
灯控制终端、电容传声器、声音放大器、照度传感器、模糊控制器等组成。通过控制中心可以手动控制城市道路路灯控制系统，控制中心通过云平台
下发到路灯控制终端。智能控制器根据反馈指令处理数据，在处理时采取模糊控制算法，通过算法计推理出适宜的控制信号，从而实现对路灯的智能
控制。并且智能控制器可以利用因特网把输入和输出的数据上传到云平台，云平台根据指令做出想要的处理并上传到其他路灯终端。系统在通电以后
进入到初始化环节，此时应确保系统各板块始终处于正常工作状态，照度传感器会识别路灯区域的自然光照强度，之后按照识别强度是否满足开灯条
件来决定是否向系统传递开灯指令。如果自然光照满足一定数值之后，系统向路灯下发开启指令，之后路灯按照恒定亮度进行照明。路灯开启以后会
统一调整到系统时间，而在夜间十点以后会统一调整路灯亮度到30%，然后根据摄像头视频提供的车速信号以后，智能控制算法会按照车速数据推
算出车辆行驶前方路灯变量数量与变量时间，同样这也是后方路灯变暗的数量与时间。并且系统还可以将检测到的光照强度值和声音强度值作为算法
输入变量来计算出路灯变量时的亮度值，车辆或行人过往区域内的路灯在接收信号后会在相应的时间段内调高亮度，当路灯和行人经过以后会恢复路
灯原有的亮度。智能控制器系统结构示意图见图1：图1智能控制器系统结构示意图由图1可知，智能控制器的组成部分包括：信号输入模块、
信号处理模块、信号输出模块。系统信号的输入主要包括声学信号输入和光学信号输入，光学信号输入主要依靠照度传感器实现，在智能控制器系统
中，光学信号的检查与处理主要时实现智能路灯节能控制系统的启动与关闭。声音信号输入主要提高电容传声器实现，声音检测系统结构图见图2：
图2声音检测系统结构图电容传声器接收外部信号后，声音放大器将输入微弱音频信号转变为电压信号，并由模糊控制器进行模糊控制算法运算，
对路灯进行控制。因为本系统接收的声音信号是过往车、人的噪声，因此在灵敏度与信息保真度上要求较高，所以选取电容传声器。信号接收经过模
糊控制器进行弄好控制算法后，信号传输到触发装置使脉冲生成，然后对路灯两端的电压进行控制，信号传输过程结构图见图3：图3信号传输过
程结构图在光线出现明显变化以后,路灯需要相应地开启或关闭,这要求智能路灯控制系统可按照路灯区域光照强度对路灯进行相应控制,从而实现
智能化控制。众所周知、路灯开启以后至夜间十点是人类活动时间,所以在这段时间内过往车流量与人流量较大,需要按照额定亮度照明,系统统一
调整控制目标。系统在检测到过往车辆与行人以后,会及时根据路灯环境光照强度与噪声强度调整路灯亮度,当识别到区域内并无车辆或行人存在以
后降低路灯亮度，既可有效控制安全事故发生几率，还可以实现路灯系统的有效节能。系统节能控制方案示意图见图4：图4系统节能控制方案示
意图智能控制器主要有四种输入量，分别是车辆车速、过往行人数量、光照强度值与噪声强度值。系统在收集到以上数据以后，智能控制器通过模糊
推理输出相应的路灯控制信号。系统运行的具体流程如下:路灯智能控制器按照光照传感器传输信号识别是否开启路灯，若实时光照强度低于路灯照
度标准，那么系统将会正常开启路灯。在开启以后，控制下的路灯将会在夜间十点之前始终维持在额定亮度，智能控制器具有智能识别时间的功能，
当时间超过夜间十点以后，系统将会控制所有路灯将亮度下降到30%额定亮度。系统利用相应传感器或者摄像头来检测过往车辆车速与照明区域内
是否有行人经过,当系统识别到路灯照明区域出现车辆以后，系统将会利用模糊控制算法计算出路灯响应时间与开启数量,其同样对应车辆经过以后
的路灯变暗时间与数量。路灯亮度调节的基础是系统识别到的环境光照强度与噪声强度，通过模糊控制转换成相应的控制指令，并相应地对路灯功率
进行调整,并通过云平台将相应控制指令转发到其他智能控制器之中,从而即可实现根据过往车辆情况调整路灯亮度。如果系统检测到照明区域内有
行人经过,因为与车辆相比人步行速度要更慢,所以系统将会调整路灯响应时间变长，保证路人在经过照明区域时可以有充足的清晰视野，亮度值也
可以根据实际需求进行调节,在原理上与车辆经过时无异。可以看出智能路灯节能控制系统的核心部分是智能控制器，主要算法是模糊控制算法。利
用外部设备收集信号，并将对应信息传输到微处理器之中，路灯开/关可以利用光信号加以控制，在路灯启动一段时间以后，智能控制器会接收到四
种数据的信号输入，之后利用模糊控制方式处理输入数据，最终得到与当前情况相匹配的控制信号，并通过对应执行机构实现路灯亮度调节。第三
章模糊控制概述3.1模糊控制的概念LA.Zadeh在1965年正式提出了模糊集理论，自此模糊集理论开始得到了广泛的发展，同时
模糊控制理论也伴随开始广泛应用，在生活方方面面都有涉及，在1973年其又提出了可以通过模糊语言变量来表示相关控制变量的控制状态，以
此来实现对变量的有效控制，同时正式提出了模糊控制定义与模糊控制的相关理论。在数十年发展中，因为模糊控制并不要求必须要具有数学模型加
以支持，可以进行非线性智能控制，模糊控制吸引了很多学者开始加大在此方面的研究，到现在为止，模糊控制已经具备了非常系统的理论体系，而
且在应用上也变得越来越广泛，不仅应用于工业控制之中，还在日常生活中有所涉及。例如。大家经常使用的家用电器很多都是通过模糊控制来实现
对电器设备状态的控制。模糊控制器是实现模糊控制算法的关键所在，模糊控制器的主要组成部分包括以下几个方面：一是输入量模糊，是指将
目标数字量转变成为模糊量语言；二是建立模糊规则库，主要结合实际经验进行构建，表现的模糊语言量输入与输出之间的特定关系，也可以将其理
解为一种人们在长期经验与知识积累下建立的一种通用规则；三是模糊推理，是指按照数据库中的储存的规则体系找到与之匹配的模糊规则；四是根
据模糊推理结果输出相应的模糊变量，并输入到相关的控制机构中，由控制机构控制执行完成模糊控制。3.2模糊控制的特征模糊控制系统的运
行基础是人们长期经验与知识的积累，通过语言规则的建立让模糊控制系统可以不借助精准数学模型，比较适合在一些复杂的建模中。模糊控制器是
否能具备良好的性能的关键在于设计者是否可以对控制对象物理特征有充分的了解。针对经验较为丰富的操作者比较容易掌握模糊控制方法，利用人
类语言来实现人机通信，这样就可以方便在过程控制环节中加入。利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。在传统的控制领域里，控制系统动态
模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的。然而，对于复杂的系统，由于变量太多，往往
难以正确的描述系统的动态，于是工程师便利用各种方法来简化系统动态，以达成控制的目的，但却不尽理想。换言之，传统的控制理论对于明确系
统有强而有力的控制能力，但对于过于复杂或难以精确描述的系统，则显得无能为力了。因此便尝试着以模糊数学来处理这些控制问题。“模糊”是
人类感知万物，获取知识，思维推理，决策实施的重要特征。“模糊”比“清晰”所拥有的信息容量更大，内涵更丰富，更符合客观世界。模糊
控制以现代控制理论为基础,同时与自适应控制技术、人工智能技术、神经网络技术的相结合,在控制领域得到了空前的应用。Fuzzy-PID
复合控制将模糊技术与常规PID控制算法相结合，达到较高的控制精度。当温度偏差较大时采用Fuzzy控制，响应速度快，动态性能好；当温
度偏差较小时采用PID控制，静态性能好，满足系统控制精度。因此它比单个的模糊控制器和单个的PID调节器都有更好的控制性能。不管是模
糊规则，还是合成推理，都是专家的经验积累，在不断实践过程中逐渐完善，所以可以称具备一定自学性。采用语言规则来设计相同控制对象，都可
以实现对于控制对象的良好控制。控制过程并不用长周期来运算，这样就可以提升系统时效性。模糊控制具有非常广泛的应用领域。3.3模糊控
制的算法原理模糊控制算法的实现主要依赖于模糊控制器，其输入变量可以视为向量，分量个数并没有局限性，按照分量数量的差异可以将模糊控制
器分为两种类型，即分量数量为1则对应是一维模糊控制器。在本次的研究中，因为城市道路在有车辆经过时会按照车速控制前方城市路灯的开关状
态与开启时间，并且还要结合道路光照强度与噪声强度确定合理的调节亮度值。输入变量并不是单一变量，且输入变量之间彼此相对独立，并且为了
进一步简化结构，在研究中没有涉及到输入变量的变化率，因此最终确定选取多输入多输出一维模糊控制器进行模糊控制。模糊控制其基本结构框图
见图5：图5模糊控制器结构框图模糊控制器的工作原理如下：首先X1作为预识别的数字变量输入到模糊控制器之中，经过模糊化的处理将数字
变量转变为人类语言变量—模糊量。模糊量会输入到模糊推理机之中，并根据模糊规则库里面对应的模糊规则进行推理，得到模糊集合后由解模糊化
模块将其输出成为数字量μ，最终作为控制信号向下级输出，实现对控制目标的模糊化控制。模糊控制系统通常由模糊控制器、输入输出接口、执行
机构、被控对象和测量装置等五部分组成。模糊控制系统框图见图6：图6模糊控制系统框图第四章模糊PID控制算法的设计4.1PI
D控制简介PID控制是最早发展起来的控制策略之一。PID控制，就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。从信
号变换的角度而言，超前校正、滞后校正、滞后-超前校正可以总结为比例、积分、微分三种运算相结合。比例控制可以快速、及时、按比例调节偏
差，提高控制灵敏度，但有静差，控制精度低。积分控制能消除偏差，提高控制精度、改善稳态性能，对于恒定的偏差，调整积分作用的实质就是改
变控制器输出的变化速率，这个速率是通过积分作用的输出等于比例作用的输出所需的一段时间来衡量的。积分时间小，表示积分速度大，积分作用
就强；反正，积分时间大，则积分作用就弱。微分作用的输出变化与微分时间和偏差变化的速度成比例，而与偏差的大小无关，偏差变化的速度越大
，微分的时间越长，则微分作用的输出变化越大。但如果微分作用越强，则可能由于变化太快而由其自身引起振荡。PID控制器问世至今已有近7
0年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精
确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。增大比例系数P一般将加快系
统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变差。增大积分时间I有利于
减小超调，减小振荡，使系统的稳定性增加，但是系统静差消除时间变长。增大微分时间D有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，稳定性
增加，但系统对扰动的抑制能力减弱。在凑试时，可参考以上参数对系统控制过程的影响趋势，对参数调整实行先比例、后积分，再微分的整定步骤
。PID控制结构图见图7：图7PID控制结构图4.2模糊PID控制算法介绍模糊PID控制是利用模糊逻辑并根据一定的模糊规则对P
ID的参数进行实时的优化，以克服传统的PID参数的缺点。模糊PID控制由比例、积分、微分环节构成。PID控制中的比例条件的作用是
减小系统的调节时间，对系统产生的偏差进行及时的调节；积分调节的作用是提高系统的控制精确度，消除系统稳态误差；微分调节的作用是超前调
节，当误差即将变化时，微分控制器会引入一个修正信号，减小将要产生的误差。在传统的控制系统中通常采用的是PID控制算法，但是采用PI
D控制来完成的话，存在如下几个问题：一是路灯启动的过程是非线性时变系统；二是路灯在启动过程中容易产生震荡，所以PID参数调整非常困
难。4.3智能路灯节能控制系统用良好的控制方法对路灯的照度进行控制，使控制器在使用过程中根据现场实际情况对灯光进行控制，是实现路
灯智能化控制的关键。因为在传统的控制系统中通常采用的是PID控制算法，但是采用PID控制来完成的话，存在如下几个问题：一是路灯启动
的过程是非线性时变系统；二是路灯在启动过程中容易产生震荡，所以PID参数调整非常困难。所以，本文中所采取的是模糊控制算法与PID控
制相结合的方式，运用模糊控制与PID控制相结合在进行路灯控制的过程中PID控制算法对系统通过对比例、积分、微分进行调节之后再通过模
糊控制算法对路灯进行控制，有效的对系统误差进行调节，以提高精确度。模糊控制算法是一种以语言规则为控制基础的智能控制方式，因为模糊控
制方式中的语言规则都是在长时间经验累积下提炼出来的，并且模糊控制算法可以按照系统数字量与模糊语言量之间的关系明确最终控制量。模糊控
制算法相对于其他智能算法来说具有可以表现人类思维模式、并不需要建立精准的数学模型、操作较为容易、适应性较好等优势。智能控制属于一种
新兴学科，其发展受益于模糊控制等学科。模糊控制理论将经典数学中的“非此即彼”性质扩展为“亦此亦彼”，将传统算法中的二值逻辑延伸为多
值逻辑，强化了精确数学的模型。模糊控制其实是将人的思维逻辑在系统中录入，并将规则作为运行基础，从而实现对目标的控制。所以，在本次研
究中，将通过模糊控制算法与PID控制算法结合的方式来实现对路灯亮度的控制，这样就可以达到路灯节能控制的效果。模糊PID控制器部分结
构图见图8：图8模糊PID控制器部分结构图确定智能路灯节能控制算法的输入变量与输出变量，因为模糊控制算法中形成的模糊控制规则的前
置条件或者后置条件对应的变量都为模糊语言值，所以一定要对所有变量进行模糊化处理。模糊PID控制算法系统框图见图9：图9模糊PID
控制算法系统框图按照路灯具体控制经验建立模糊语言值间的模糊控制规则，输入值与模糊控制规则之间的对应关系应该是一对一或者一对多关系，
即同一输入值应最少与模糊控制器中的一条模糊控制规则相对应，所以在模糊化处理过程中首先要明确当前输入值都与哪一条模糊控制存在激活关系
，这样就可以明确激活规则各自对应的模糊集合，此过程也可以称之为模糊推理过程。因为在模糊推理中形成的结果值都是模糊值，模糊值对于执行
结构而言是没有办法直接识别的，即无法根据模糊值指令产生相应的指令动作，因此必须要通过解模糊将模糊量转变为精准的且能被执行机构所识别
的数字量才能保证模糊量对应的指令动作被执行机构执行。智能路灯节能控制系统的建立目标是为了可以通过对过往车辆行人与周围环境对路灯开关
与亮度进行动态化控制，在前文中有进行分析，系统需要通过摄像头检测目标区域内是否有过往车辆，同时需要借助人体红外传感器检测目标区域是
否存在行人，将检测结果转变为数据量向模糊控制器中传输并进行模糊处理，最终形成模糊控制。均按照（）调节。当系统识别到有车辆经过以后，
系统中有会有三个控制量输出，一是根据车速识别设定的前方路灯变亮的相应时间t（同时也是车辆离开以后路灯变暗的相应时间），二是根据车速
识别的前方路灯变量数量n（同时也是车辆离开以后路灯的变暗数量），三是路灯亮度值（%），车辆经过前方的路灯第一个会根据u进行调节，其
余路灯亮度均按照（）调节。当系统识别到有行人经过以后，因为行人行走速度要比车辆驾驶速度慢，因此要按照推理得到的值控制行人人身最近的
路灯，其他相邻路灯亮度值均按照（）调节。当系统同时识别到有车辆与行人经过以后，因为两者路灯控制方式不同，因此需要设置控制优先级以保
证系统同时有车辆与行人经过不会出现安全事故。因为车辆相较于行人，在路灯控制方面需要前方路灯变量数量更多，因此同时经过时在路灯变量数
量方面应设置系统识别到的车辆输出量优先。而行人和车辆在路灯亮度调节方面存在不同，且不能设置优先级，此时应设置亮度调节并列级，即车辆
与路人同时经过时路灯亮度将变为车辆经过的首个路灯亮度为且行人人身最近的路灯亮度为，车辆前方路灯亮度为（），行人前后相邻路灯亮度为（
）。采用模糊控制算法、模糊PID控制算法相结合，大大的提高了系统的稳定性和精确度，让路灯在两种控制算法相结合的情况下，能根据现场的
真实环境对路灯进行有效的路灯亮度调节，有效的使电能高效率的使用，从而降低电能的不必要浪费，达到节约电能的效果。第五章仿真结果分
析5.1软件流程图智能路灯节能控制系统软件流程图见图10：图10智能路灯节能控制系统软件流程图5.2仿真模型及结果分析对路灯
模糊智能控制的仿真，主要是为了验证当通行量改变时，模糊控制器是否能对端电压进行及时恰当的调整。本文通过Simulink对模糊控制方
法进行仿真。模糊控制算法仿真图见图11：图11模糊控制算法仿真图模糊控制算法仿真结果，模糊控制算法响应曲线图见图12；模糊控制算
法与PID控制算法仿真图见图13，输入信号与模糊控制算法仿真图见图14：图12模糊控制算法响应曲线图从图12来看，模糊控制算法的
响应曲线在0.1s后开始逐渐趋于平稳，系统偏差不断减小，从偏差趋近于1，在经过一段时间之后等于1。图13模糊控制算法与PID控制
算法仿真图从图13的仿真结果来看，智能路灯节能控制的方案时可行的，在模糊控制算法和PID控制算法的结合之下，系统偏差调节的时间从原
始的1s缩短到了接近0.08s，大大的提高了系统的精确性。图14输入信号与模糊控制算法仿真图从图14输入信号与模糊控制算法仿真图
来看，在输入信号进入到系统后，经过模糊控制算法，系统偏差在0.06s时系统偏差趋近于0，换句话说，此时的输入信号已经与模糊控制算法
曲线重合，说明系统此时的判断能力和与系统识别能力一致，并且只用了0.06s，说明了此方案的可行性以及系统灵敏度比较高，能很好的对信
号进行识别。智能路灯节能系统仿真图见图15：图15智能路灯节能系统仿真图调压前的电压波形图见图16：图16调压前的电压波形图
调压后的电压波形图见图17：图17调压后的电压波形图综上，从Simulink仿真结果来看，智能路灯节能控制系统的方案是可行的，电
压调控效果明显。但是也可以看到，调压后的电压谐波成分比较多，这主要是由于一些元件的使用上面会产生互相干扰的问题，这样系统的稳定性会
受到一定的影响，但是从效果上分析进行路灯两端电压的调节，从而达到节能的效果是比较明显的。通过模糊控制算法对路灯两端电压进行控制，使
路灯在没有人或者没有车辆行驶的情况下处于关闭状态，而在有路人出行或者车辆行驶的时候，通过系统的判断识别，对路灯的亮度分别处于设置的
亮度之下。有效的避免了在夜深没人行走或者没有车量行驶的时候对路灯进行有效的调节，避免电能的浪费，从而达到节能的效果。结论通过以上的相关论述，我们可以了解到，城市路灯系统是城市建设的重要组成部分，其智能化程度也反映了城市的现代化水平。良好的道路照明可减少约30%的夜间交通事故。设计自动化程度高、运行可靠、安全性好、高效节能、使用维护方便的照明控制系统，是城市现代化的必然要求。本文研究的智能路灯节能控制是基于模糊控制算法与PID控制算法相结合的智能控制系统，它主要通过配套的功率变换组件，有效的调节路灯的端电压，控制路灯的照明亮度，从而改变了路灯在不同时段的耗电量，改善了功率因素，达到节约电能的目的。本文的设计方案以及相关思路较为简单，各个模块和相关程序的优化以及智能路灯的其他的一些基本功能还需要进一步探讨，这也是本文今后的努力方向。由于能力有限，对相关编程及系统开发的内容了解的还不是很到位，文章的设计还不是很全面，还存在一定的不足之处和发展空间，本次设计的模糊控制算法中的模糊控制规则为根据经验手动输入的，在今后研究中应考虑加强模糊控制算法的自学习能力，让系统可以在运行后能够按照采集数据自行完善规则，不断提高系统节能控制效果。并且还需要考虑到将其他环境因素加入到控制算法中，不断提高系统的适应性。希望本文的相关论述为今后的研究打下基础，也希望能为读者提供一些浅显的经验借鉴。沈阳科技学院学士学位论文第二章智能路灯节能控制系统方案沈阳科技学院学术学位论文第五章仿真结果分析沈阳科技学院学士学位论文第一章绪论沈阳科技学院学术学位论文第四章模糊控制算法的应用沈阳科技学院学术学位论文第三章模糊控制相关概述716II |
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