Ключові слова
безінерційний об’єкт
стабілізація освітленості
енергоефективне керування
Інтернет Речей (IoT)
ModBus TCP
ШІМ-регулювання
фільтр низьких частот
І-регулятор
MATLAB Simulink
автоматизація освітлення
Як цитувати
Анотація
У статті розглянуто підхід до енергоефективного керування безінерційними світлодіодними джерелами освітлення, інтегрованими в локальну інформаційно-керуючу мережу на основі технологій Інтернету Речей. Показано, що світлодіоди, як безінерційні об’єкти, миттєво реагують на зміни керуючого сигналу, тому у разі наявності шумів сенсора та стохастичних затримок передавання даних у мережі виникає нестійка динаміка освітленості, мерехтіння та зниження комфортності сприйняття світлового середовища. Для усунення зазначених недоліків запропоновано алгоритм стабілізації світлового потоку, що ґрунтується на методі прямого порівняння виміряного значення освітленості з уставкою з подальшим удосконаленням регулювання за рахунок фільтра низьких частот та інтегруючої ланки. Такий підхід дозволяє одночасно пригнічувати шумові компоненти, компенсувати статичну похибку, підвищувати плавність перехідних процесів і зменшувати вплив затримок у каналах зв’язку. Алгоритм реалізовано у серверній частині системи за допомогою Node-RED з використанням мови JavaScript, що забезпечує можливість адаптації параметрів регулятора, ведення архівів і передачу керуючих дій на модуль Інтернету Речей через протокол ModBus TCP. Останній формує сигнали широтно-імпульсної модуляції для світлодіодного освітлювача та забезпечує апаратну частину керування. Для оцінювання роботи алгоритму створено модель у MATLAB Simulink, яка враховує нелінійні спотворення сенсора, зовнішні збурення, випадкові мережеві затримки та безінерційність світлодіодного пристрою. Результати моделювання демонструють стійку роботу системи, відсутність мерехтіння, плавну динаміку регулювання та незначну статичну похибку. Імплементація на реальному стенді підтвердила ефективність запропонованого підходу та його придатність до впровадження в системах автоматизованого керування освітленням у побутових, комерційних і виробничих приміщеннях.
Посилання
G. M. Kozhushko, T. V. Sakhno, and V. I. Nazarenko, “Problemy proektuvannia system osvitlennia z vrakhuvanniam nevizualnykh vplyviv svitla [Problems of lighting systems design taking into account the non-visual effects of light],” in Lighting and Power Engineering: History, Problems and Perspectives, Ternopil, Ukraine, May 29–31, 2024. Ternopil: TNTU, 2024, pp. 8–10. (in Ukrainian)
I. A. Zelenkov and N. O. Vakula, “Dynamic modes of illumination in productions terms,” Proceedings of National Aviation University, no. 3 (25), pp. 184–187, Mar. 2005, doi: https://doi.org/10.18372/2306-1472.25.1186 (in Ukrainian)
S. Shpak, V. Martirosova, T. Sakhno, and G. Kozhushko, “Directions for improvement of standards on led technique and lighting with its use,” Municipal economy of cities, vol. 1, no. 154, pp. 57–66, Apr. 2020, doi: https://doi.org/10.33042/2522-1809-2020-1-154-57-66 (in Ukrainian)
S. Fotios, C. Cheal, and P. R. Boyce, “Light source spectrum, brightness perception and visual performance in pedestrian environments: A review,” Lighting Research & Technology, vol. 37, no. 4, pp. 271–291, Dec. 2005, doi: https://doi.org/10.1191/1365782805li139oa
P. Valicek, T. Novak, J. Beseda, and K. Sokansky, “Modelling the behavior of lighting systems controlled at a constant level of illuminance,” in 2018 VII. Lighting Conference of the Visegrad Countries (Lumen V4), Trebic, Czech Republic, Sep. 18–20, 2018. IEEE, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/lumenv.2018.8520993
N. K. Kandasamy, G. Karunagaran, C. Spanos, K. J. Tseng, and H. Soong, “Smart lighting system using ANN-IMC for personalized lighting control and daylight harvesting,” Building and Environment, vol. 139, pp. 170–180, Jul. 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2018.05.005
M. Papinutto et al., “Saving energy by maximising daylight and minimising the impact on occupants: An automatic lighting system approach,” Energy and Buildings, vol. 268, May 2022, Art. no. 112176, doi: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2022.112176
A. Kaminska and A. Ożadowicz, “Lighting control including daylight and energy efficiency improvements analysis,” Energies, vol. 11, no. 8, Aug. 2018, Art. no. 2166, doi: https://doi.org/10.3390/en11082166
A. Zand, A. Houmansadr, G. Vigna, R. Kemmerer, and C. Kruegel, “Know your Achilles' heel,” in 31st Annual Computer Security Applications Conference (ACSAC '15), Los Angeles, CA, USA, Dec. 7–11, 2015. New York, New York, USA: ACM Press, 2015, pp. 41–50, doi: https://doi.org/10.1145/2818000.2818012
T. Kimura, A. Watanabe, T. Toyono, and K. Ishibashi, “Proactive failure detection learning generation patterns of large-scale network logs,” IEICE Transactions on Communications, E102.B, no. 2, pp. 306–316, Feb. 2019, doi: https://doi.org/10.1587/transcom.2018ebp3103
I. F. Kilincer, F. Ertam, O. Yaman, and A. Akbal, “Automatic fault detection with Bayes method in university campus network,” in 2017 International Artificial Intelligence and Data Processing Symposium (IDAP), Malatya, Turkey, Sep. 16–17, 2017. IEEE, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/idap.2017.8090323
A. K. Sangaiah, S. Rezaei, A. Javadpour, F. Miri, W. Zhang, and D. Wang, “Automatic fault detection and diagnosis in cellular networks and beyond 5G: Intelligent network management,” Algorithms, vol. 15, no. 11, Nov. 2022, Art. no. 432, doi: https://doi.org/10.3390/a15110432
V. Calderaro, C. N. Hadjicostis, A. Piccolo, and P. Siano, “Failure identification in smart grids based on Petri net modeling,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 58, no. 10, pp. 4613–4623, Oct. 2011, doi: https://doi.org/10.1109/tie.2011.2109335
A. Gaddam, T. Wilkin, M. Angelova, and J. Gaddam, “Detecting sensor faults, anomalies and outliers in the Internet of Things: A survey on the challenges and solutions,” Electronics, vol. 9, no. 3, Mar. 2020, Art. no. 511, doi: https://doi.org/10.3390/electronics9030511
O. Dziubynskyi, “Doslidzhennia ta prohramna realizatsiia systemy vyiavlennia nespravnosti elementiv tsyfrovykh prystroiv [Research and software implementation of a system for detecting faults in digital device components],” Zbirnyk prats molodykh naukovtsiv TsNTU [Collection of works by young scientists Central Ukrainian National Technical University], no. 13, pp. 220–229, 2023. (in Ukrainian)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право (c) 2025 Валерій Станіславович Ноздренков, Андрій Володимирович Павлов, Галина Андріївна Олексієнко, Олександр Юрійович Журавльов