Синтез робастної системи автоматичного керування енергоефективним освітленням в умовах параметричної невизначеності

Анотація

У статті розв’язується актуальна науково-практична задача забезпечення стабільності та енергоефективності автоматичних систем промислового освітлення. В умовах тривалої експлуатації відбувається параметрична деградація оптичного середовища та температурне старіння компонентів світлодіодів. Це призводить до значного зниження якості перехідних процесів при використанні класичних пропорційно-інтегрально-диференціальних регуляторів, виникнення перерегулювання та шкідливого для зору працівників мерехтіння світла. Метою даного дослідження є розробка алгоритму робастного керування системою промислового світлодіодного освітлення на базі апарату H_∞-синтезу для забезпечення стабільних нормативних показників зорового комфорту в умовах експлуатаційної деградації обладнання та дії неконтрольованих зовнішніх збурень. Для досягнення поставленої мети застосовано математичний апарат H_∞ синтезу в рамках розширеної задачі змішаної чутливості. Сформовано систему вагових фільтрів, які забезпечують системі астатизм, робастну стійкість до високочастотних шумів. Знаходження субоптимального контролера здійснювалося шляхом розв’язання системи алгебраїчних матричних рівнянь Ріккаті у просторі станів. Результати комп’ютерного моделювання підтвердили суттєву перевагу запропонованого методу. Встановлено, що в умовах параметричної деградації класичний регулятор допускає значний рівень перерегулювання, тоді як синтезований робастний контролер усуває перерегулювання та стабільно утримує нормативний рівень освітленості. Наукова новизна дослідження полягає в обґрунтуванні та застосуванні методу робастного синтезу з прямим штрафуванням зусилля керування безпосередньо для систем світлодіодного освітлення, що унеможливлює різкі сплески струму в драйверах. Практична значущість одержаних результатів полягає у можливості впровадження алгоритму в промислові мікроконтролери для забезпечення високого зорового комфорту, оптимізації енергоспоживання та подовження терміну служби обладнання. Подальші дослідження у даному напрямі доцільно зосередити на інтеграції розробленого алгоритму з методами нечіткої логіки для створення гібридних адаптивних систем керування розумним освітленням