王英军

摘  要：目前地铁车辆普遍应用的照明系统都不能根据外界环境的照度进行自动调节，在外界光照较强的情况下造成了能源的浪费。本文介绍了基于智能调光技术的内部照明系统设计的功能特性，以实现车辆客室恒照度，达到节能的目的。

关键词：智能调光技术;无极恒照度;节能

0 引言

目前国内地铁普遍使用的照明系统都不能根据外部环境的照度对照明灯具的发光效果进行自动调节。因此，在外部环境的光照比较强的情况下，照明的灯具依旧工作在额定功率下，造成了对能源的不必要的浪费。因此，有必要采用一套基于闭环控制的无级恒照度调光照明系统，系统可以依据采集到的外部环境的照度，自动对照明灯具的发光效果进行无级调节，既满足了日常运营对车辆照明系统照度值恒定的要求，又节约了能源。

1 系统架构

系统包括调光控制模块，亮度采集器，驱动电源和LED灯具四个部分。系统结构框图如图1所示：

1.1主控模块

主控模块作为整个系统的核心部件，负责接收亮度采集器反馈的照度数据，通过自身的控制单元将反馈的照度数据与预先设定的照度要求值（设定值）进行比较计算，将输出的控制数据通过脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation以下缩写为PWM）信号传递给驱动电源，通过驱动电源改变每个LED灯具发光效果，将车厢内的照度维持在设定值所限制的范围内，从而实现客室照明的无级恒照度调光。

1.2亮度采集器

主要是光敏元件，负责实时采集外部环境的照度值（包括外界自然光产生的照度和LED灯具发光的照度），并进行模数转换，通过RS232等通讯模式将外部环境的照度值传递给主控模块。

1.3 驱动电源

驱动电源负责给每个LED灯具供电，根据从调光控制模块输入的PWM信号调整LED灯具的输入功率，从而进行照度调整。

1.4LED灯具

照明的灯具采用LED（发光二极管）作为光源，提高了灯具的寿命和發光效果，降低了对能源的消耗。

2 控制策略

主控模块得电后即可启动智能调光控制工作，当得到来自车辆侧的客室照明自动模式的信号后，主控模块进入自动智能调光模式，在此模式下，根据分析可以得出系统的控制框图如图 2所示。

同一车厢内，综合两个亮度采集器采集的光强数据作为主控模块的输入。正常工作时，以两个亮度采集器的取值的平均值作为最终的光强值。它反映的是车厢内照明灯光以及外界光照叠加之后的光强值; 外界光照的光强作为整个控制系统中扰动输入; 通过调整PWM 控制信号的占空比控制LED 电源输出，进而控制客室照明的照度，由于PWM信号的时间滞后可以忽略不计，那么PWM控制信号与客室照度可以假定为简单的线性关系; 采用增量 PID控制算法，同时在前区增加死区控制，避免因外部光强细微的扰动致使频繁调节灯光亮度对乘客造成不适; 以上控制策略的实现，将最终达到如图3的控制效果：

在图3的几种工况下，当外界光照变化时，客室能够保持恒定的照度，且外部光强的轻微抖动不会造成照明灯光的频繁闪烁。

通过对客室照明照度的控制，能够实现客室照明强度和外部照明强度叠加之后的客室恒照度，此恒定值可以预先设置和修改。当外部照明亮度已经超过此预设值时，则调整灯光至最暗（通常设定为10%）。

此控制策略能够真正实现照明灯光的无级调节，在达到最理想的节能效果的同时，能够保证乘客对于照明舒适度的要求;在外界照度充足的条件下，能够降低照明灯具驱动电源的输出功率，以实现节约能源的目的。从而实现轨道车辆在全寿命周期内能耗成本的减低，有益于提高车辆的市场竞争力。

参考文献：

[1]BS EN13272 Railway Applications-Electrical Lighting for rolling stock in public transport systems，2015.

[2]BS EN150155 Railway Applications-Electronic equipment used on rolling stock，2007.

[3]UIC555 Electric lighting in passenger rolling stock，1991.

[4]胡寿松.自动控制原理（第六版）[M].科学出版社，2013.