CN101569239A

CN101569239A - 数字控制照明设备的方法和装置

Info

Publication number: CN101569239A
Application number: CNA2007800458588A
Authority: CN
Inventors: S·P·罗宾逊; S·波利
Original assignee: TIR Technology LP
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2009-10-28
Also published as: WO2008070977A1; EP2092797B1; US9069341B2; JP2010512615A; RU2009126538A; RU2453078C2; JP5757683B2; US20080167734A1; CA2708980C; CA2708980A1; KR20090088449A; EP2092797A4; EP2092797A1; BRPI0720213A8; BRPI0720213A2

Abstract

本发明提供用于数字控制照明设备的方法和装置，它能够迅速地达到期望的照明设备操作设定点，同时明显地减小了在期望的照明设备操作设定点附近的过冲和振荡。具体来说，本发明是通过PID控制器实现的，将PID控制器配置成基于一种关系来改变PID控制器参数，所述的关系至少部分地基于期望的照明设备操作设定点、当前的照明设备操作点或者两者。

Description

数字控制照明设备的方法和装置

技术领域

本发明属于设备的控制领域，具体来说涉及照明设备的数字控制，照明设备例如固态光源。

背景技术

众所周知，可以将比例-积分-微分(PID)控制***的瞬时行为分类成一系列不同的种类。根据通常称为PID参数的幅度，***的输出可以用一系列不同的方式达到期望的设定点，由控制器放大比例、积分、微分信号中的每一个。例如，在按照期望的电平进行调整之前，利用某种程度的过冲能够迅速达到期望的设定点，在基本上没有过冲的情况下能够缓慢地达到期望的设定点；或者，例如，利用最小的过冲在最小的时间周期内能够达到期望的设定点。可以对于PID参数或常数进行选择，以便实现期望的瞬时***行为或响应时间或死时间，并且这个期望的行为可以与PID控制器正在控制的***的类型直接相关。通过具有预先配置的PID常数的控制器，可以有效地控制响应时间基本上是常数的并且企图在基本上不变的操作条件下操作的***。

如以上所定义的，可以对某些***的PID参数进行配置，以便迅速地达到***的期望的设定点或操作输出。但这要以在期望设定点的可能的过冲和振荡为代价才能实现。在某些***中，这可能在***的输出中引起明显的和不期望的变化。

例如，如以上所述，通过对于PID控制器的常数的适当选择，例如，对于微分常数设定一个高值，可以消除在期望设定点附近的过冲和振荡。微分常数的这种选择具有效果：当达到期望的设定点时，减慢了输出接近期望设定点。在这样的配置中，将以相对慢的方式获得期望的设定点。这种配置的一个问题是，对于输出产生了不期望的和显著的变化的***，可能需要较快地达到期望的设定点。

基本上消除在期望设定点附近的过冲和振荡的另一种方式是，使用可变的反馈采样频率来操作所述控制***。例如，控制***可以按照期望的用户接口读数或者按照在操作条件之下的***状态来改变采样频率。例如，在***状态之间的瞬变期间，控制***可以增加反馈采样频率。例如，如果***是一种照明器，则要在照明器昏暗时调节反馈采样频率。在瞬变周期期间增加的反馈采样频率可以提供动态更加稳定的控制回路。但在一般情况下，这并不是这个问题的一个简单的解决方案。

例如，并且特别关注利用固态照明的PID控制器的应用，当在低强度水平控制照明器的输出时，出现了一个特殊的问题：照明器是否发生了颜色变化、色温变化，或者它的强度发生了变化。固态照明***中数字控制技术的广泛使用意味着，许多这样的灯具有有限数目的强度水平，例如2⁸个强度水平(即256个强度水平)。在相当高的光输出的条件下改变照明器的强度或控制照明器的强度时，超过期望的设定点的过冲，或者在期望的设定点附近几个强度步长的振荡，在一般情况下是眼睛感觉不到的。但是当期望的设定点在可利用的强度范围的低端时，超过期望的设定点的过冲，或者在期望的设定点附近仅仅一个或两个强度步长的振荡，就能对应于可感觉到的强度变化，这个变化的范围可能是10％左右。这种程度的过冲或者在期望的设定点附近的振荡在一般情况下很容易感觉得到，并且可能引起某些观察者烦恼。

众所周知，发光二极管的感觉亮度与发光二极管的辐射强度具有非线性的关系，例如其中包括亥姆霍兹-科尔劳希效应和贝佐而德-布吕克现象。例如Wyszecki，G.，和W.S.Stiles在“色学：概念和方法，定量数据和公式”(New York，NY：Wiley-inter sceince 2000)中描述在感觉亮度和测量的发光强度之间的这种关系。当使用线性的控制参数时，这种关系导致非线性的感觉亮度。在物体的感觉亮度和测量的发光度(illuminance)之间的这种关系可以通过斯蒂文定律近似表示，并且定义如下：

B＝αL^0.5 (1)

在这里，B是感觉亮度，α是比例常数，L是在指定点被照物体表面的发光度(每立体弧度每平方米测量的以烛光为单位的发光度)。例如，如果在调节照明器的光通量输出期间不使用基于斯蒂文定律的平方律变暗，在感觉强度和照明器的辐射亮度之间的这种非线性关系就可以调和感觉强度过冲和/或代表低强度水平的在期望设定点的振荡的这个问题。

因此，需要一种新的用于数字控制照明设备的方法和装置，例如数字控制固态照明设备，其中可以迅速地达到期望的设定点，并且可以维持基本上没有可感觉到的过冲或振荡，同时还可以以恒定的频率来操作反馈采样回路。

提供这些背景信息是为了揭示本申请人认为可能与本发明有关的信息。不得期望，也不应该认为：任何在先的信息构成了对抗本发明的现有技术。

发明内容

本发明的一个目的是提供用于数字控制照明设备的方法和装置。按照本发明的一个方面，提供一种使用PID控制器来数字控制照明设备的方法和装置，所述方法包括如下步骤：获得期望的照明设备操作设定点；确定当前的照明设备操作点；至少部分地基于期望的照明设备操作设定点、当前的照明设备操作点、或者这两者来确定一种关系，并且比较这种关系与预先确定的阈值；当所述关系大于预先确定的阈值时，指定第一组值作为PID控制器参数；当所述关系大于预先确定的阈值时，指定第二组值作为PID控制器参数；使用具有所指定的PID控制器参数的PID控制器来控制所述照明设备。

按照本发明的另一方面，提供一种用于数字控制照明设备的装置，所述照明设备响应一个或多个控制信号，所述装置包括：反馈***，它配置成监测照明设备的一个或多个操作特性；PID控制器，可操作地耦合到照明设备和反馈***，所述PID控制器配置成从反馈***接收一个或多个反馈信号，所述一个或多个反馈信号代表照明设备的一个或多个操作特性，所述PID控制器配置成接收代表期望的照明设备操作设定点的第一信号，并且基于预先确定的关系确定PID控制器参数，所述预先确定的关系至少部分地基于期望的照明设备操作设定点，当前的照明设备操作点基于一个或多个反馈信号或者两者，PID控制器置成基于PID控制器参数产生一个或多个控制信号；借此提供照明设备的数字控制。

附图说明

图1表示由PID控制器控制的一种设备的输出的变化，PID控制器配置成迅速地达到期望的设备操作设定点；

图2表示由PID控制器控制的一种设备的输出的变化，PID控制器配置成缓慢地达到期望的设备操作设定点；

图3表示由PID控制器控制的一种设备的输出的变化，PID控制器配置成符合本发明的一个实施例；

图4表示一种模块，该模块用于按照本发明的一个实施例自适应地控制PID控制器参数的确定；

图5表示用于照明器的控制***的结构，照明器包括按照本发明的实施例配置的一种PID控制器。

具体实施方式

定义

使用术语“照明设备”来定义在电磁波谱的一个区域或区域的组合中发射电磁辐射的设备。一种照明设备可以定义发射辐射的单个设备，例如一种发光元件，并且同样地可用照明设备来定义容易被本领域的技术人员理解的照明设备或照明器、或它的其它变型。

使用术语“发光元件”(LEE)来定义这样一种器件：例如，当在器件的两端加上一个电位差时或者使电流流过器件时，在电磁波谱的一个区域或区域的组合(例如可见区、红外和/或紫外区)中发射辐射的器件。因此，发光元件能具有单色的、准单色的、多色的或宽带波谱发射的特性。发光元件的例子包括半导体、有机的或者聚合物/聚合发光二极管、涂光泵磷光体的发光二极管、光泵纳米晶体发光二极管或者其它类似的容易被本领域的技术人员理解的器件。而且，使用术语发光元件来定义发射辐射的特殊器件，例如液晶显示器管芯，并且同样地可以使用这个术语来定义特殊器件的组合，其能够与放置特殊器件(一个或多个)的外壳或包装一起发射辐射。

使用术语“当前的照明设备操作点”来定义照明设备在当前的或目前的时间点的一个或多个确定的操作条件。

使用术语“期望的照明设备操作设定点”来定义期望的照明设备的一个或多个操作条件。例如，期望的照明设备操作设定点可以识别一个或多个期望的光颜色、色度、相关的色温、光通量输出、或者容易被本领域的普通技术人员理解的类似物。

使用术语“当前的照明设备操作设定点”来定义选择的照明设备的一个或多个操作条件，这些操作条件可以导致当前的照明设备操作点。

如这里所用的，术语“大约或在...附近(about)”指的是距标称值+/-10％的偏差。还要理解，这样一个偏差总是包括在这里提供的任何给定的数值内，而不管它具体指的是什么。

除非另有定义，这里使用的所有技术和科学术语与本发明所属领域普通技术人员共同理解的意义相同。

本发明提供一种方法和装置，这种方法和装置用于数字控制照明设备以便能达到期望的照明设备操作设定点同时明显减小在期望的照明设备操作设定点附近的过冲和振荡。具体来说，本发明是通过一种PID控制器实现的，将所述PID控制器配置成基于一种关系来改变PID控制器的参数，所述关系至少部分地基于期望的照明设备操作设定点、当前的照明设备操作点或者这两者。例如，如果照明设备正在当前的操作点下操作，所述当前的操作点超过了偏离期望的照明设备操作设定点的预定的阈值，则将PID控制器配置成使用第一组PID控制器参数进行操作，其中的第一组PID控制器参数可以基本上实现快速接近于期望的照明设备操作设定点。进一步配置PID控制器，以便在达到预定的阈值时调节PID控制器参数使其成为不同组的PID控制器参数，其中的不同组PID控制器参数可以实现缓慢地接近于期望的照明设备操作设定点，由此减小在期望的照明设备操作设定点附近的过冲和振荡。

PID控制器可操作地连接到照明设备和反馈***，反馈***监测照明设备的操作特性，所述操作特性能够表示当前的照明设备操作点。以此方式为PID控制器提供信息，所述信息是确定是否在此时间点需要修改PID控制器参数所必需的。

可以使用按照本发明的方法和装置来控制大量的不同的照明设备，其中要求相当快地接近于期望的照明设备操作设定点，同时限制在期望的照明设备操作设定点附近的过冲和振荡。例如，可以使用这种方法和装置来控制一种照明设备，其中将照明设备的输出数字化，或者当与照明设备的控制的期望分辨率相比时，可使反馈回路的分辨率相对粗糙些。例如，照明设备可以是固态照明设备，或者是需要对其进行数字控制的其它照明设备，这对于本领域的普通技术人员来说是已知的。

反馈***

将反馈***配置成收集代表正在控制的照明设备的一个或多个操作特性的信息。反馈***包括一个或多个检测单元，将检测单元配置成可以收集照明设备的特定操作信息。检测单元可以是光学传感器、温度传感器、电压传感器、压力传感器、应变传感器、或其它的容易被本领域的普通技术人员理解的传感器配置，其中的传感器配置要适合于收集一个或多个期望的操作信息。反馈***的配置直接取决于照明设备本身和所需控制的期望类型。本领域的普通技术人员容易理解，如何配置适合于特定照明设备的反馈***。

例如，如果照明设备是固态照明设备，反馈***可以包括一个或多个光学传感器，将光学传感器配置成收集代表照明设备产生的输出的信息。反馈***此外还包括一个或多个温度传感器，将温度传感器配置成收集代表固态照明设备内一个或多个发光元件的操作温度的信息。

在一个实施例中，反馈***进一步还包括一个或多个的滤波器、放大器或其它电子部件，用于操控和精细调节一个或多个检测单元收集的信息。

PID控制器

PID控制器可操作地耦合到反馈***和照明设备，其中PID控制器根据一组PID控制器参数产生一个或多个控制信号，用于控制照明设备的操作。在一个实施例中，将PID控制器配置在一个控制***中，控制***可以是微控制器、微处理器、或其它的容易被本领域的普通技术人员理解的数据信号处理***。在另外的实施例中，将PID控制器配置成独立的微控制器、微处理器或其它的可操作地耦合到控制***的数字信号处理***。此外还可以将PID控制器配置成访问存储器，存储器可以存储指令，例如控制程序，诸如软件、微代码或固件和数据。可以将存储器配置成RAM、PROM、EPROM、闪存或其它的容易被本领域的普通技术人员理解的存储形式。

将PID控制器配置成接收来自反馈***的一个或多个反馈信号，其中一个或多个反馈信号代表照明设备的一个或多个操作特性，并且所述一个或多个反馈信号允许PID控制器确定当前的照明设备操作点。还要将PID控制器配置成接收或识别代表期望的照明设备操作设定点的信号。一种预先确定的关系至少部分地基于期望的照明设备操作设定点、当前的照明设备操作点或者这两者，PID控制器配置成根据这种预先确定的关系确定一组PID控制器参数。随后，PID控制器利用这些PID控制器参数来确定一个或多个控制信号，用于控制照明设备的操作。

可以将PID控制器参数配置成两组数值或多组数值，其中根据对于预先确定的关系的评估来选择特定的一组PID控制器数值，所述预先确定的关系至少部分地基于当前的照明设备操作点、期望的照明设备操作设定点或者这两者。在一般情况下，能够存在多个分立组的数值，或者可通过一种连续函数确定一组数值，其中所述的连续函数基于预先确定的关系，而这个预先确定的关系至少部分地基于当前的照明设备操作点、期望的照明设备操作设定点或者这两者。

在一个实施例中，所述预先确定的关系基于一种差值关系，所述差值关系是在当前的照明设备操作点和期望的照明设备操作设定点之间或者是在期望的照明设备操作设定点和当前的照明设备操作设定点之间确定的，或者是这两者确定的。

在本发明的一个实施例中，PID控制器包括一种PID反馈控制算法。例如，对于等于或大于预先确定的操作阈值的当前的照明设备操作点，通过起始的一组值P₁、I₁、D₁来确定PID控制器参数。可以优化PID控制器参数，以便在基本上最小量的时间内可以达到期望水平的照明设备操作和/或期望的照明设备操作设定点，在照明设备的操作中具有明显小的、基本上没有意义的并且感觉不到的过冲或振荡。此外，对于低于预先确定的操作阈值的当前的照明设备操作点，如果当前的照明设备操作点大于偏离期望的照明设备操作设定点的预先确定的量，则通过起始的一组值P₁、I₁、D₁来确定PID控制器参数。但如果当前的照明设备操作点小于偏离期望的照明设备操作设定点的预先确定的量，则通过第二组值P₂、I₂、D₂来确定PID控制器参数。在这个实施例中，可以优化PID控制器参数的起始组值和第二组值，以使照明设备的输出在基本上最小量的时间内可以达到期望的照明设备操作设定点，在照明设备的操作中具有明显小的、基本上没有意义的并且感觉不到的过冲或振荡。

在本发明的一个实施例中，可以按照以下所述确定PID控制器参数的相对值，其中P₁、I₁、D₁定义起始组的值，P₂、I₂、D₂定义第二组的值：

P₁＞P₂ (2)

I₁＞I₂ (3)

D₁＜D₂ (4)

在一个实施例中，满足以上定义的条件中的一个、两个、或所有三个。此外，如果只满足这些条件中的一个或两个，则不满足上述条件的其它一个或两个PID控制器参数的起始值和最终值被确定为在起始组的值和第二组的值都是相同的。

例如，图1表示固态照明设备的从0变化到设定点10(任意单位)分立的水平的强度输出变化，这里10对应于第10个分立的光输出强度水平，其中PID控制器参数配置成以便当前的照明设备操作点迅速地接近期望的照明设备操作设定点，同时允许在操作设定点附近的过冲和振荡。所述输出首先在时间τ₀达到期望的照明设备操作设定点，但是继续振荡直到时间τ₁。可以感受到这种振荡，因此在低强度水平这是不期望的。例如，在较高的期望的照明设备操作设定点(如200)的相同百分数的振荡在一般情况下是看不见的，并且，在较早的时间τ₀，如所安排的，输出就可能感受得到。当按照步进方式调节输出时，阶梯线110确定了固态照明设备的实际输出；如果连续地调节输出，则光滑线100确定了固态照明设备的输出。

此外，图2表示如果将PID控制器参数配置成限制在期望的照明设备操作设定点附近的过冲和振荡，固态照明设备的输出强度是如何接近期望的照明设备操作设定点的。如图所示，向期望的照明设备操作设定点的接近是缓慢的，在时间τ₄抵达期望的照明设备操作设定点，基本上没有过冲或振荡。阶梯线130确定当按照步进方式调节输出时固态照明设备的实际输出，平滑线120确定在连续地调节输出的条件下固态照明设备的输出。

此外，图3表示：如果按照本发明的一个实施例确定PID控制器参数，固态照明设备的输出强度是如何接近期望的照明设备操作设定点的。在时间τ₃，PID控制器参数从起始组的值变化到第二组的值，可以看出，输出强度接近期望的照明设备操作设定点10的速率是缓慢的。在时间τ₂，输出达到并稳定在期望的照明设备操作设定点，由于PID控制器参数的调节，基本上没有过冲或振荡。在本发明的一个实施例中，PID控制器参数的调节可以包括微分常数的增加值。阶梯线150确定当按照步进方式调节输出时固态照明设备的实际输出，光滑线140确定在连续地调节输出时固态照明设备的输出。

如图1、图2、图3所示，它们基本上是按照相同的比例画出的，可以看出，τ₂比τ₁和τ₄两者都小。此外，如图3所示，对于期望的照明设备操作设定点，基本上没有固态照明设备的过冲或振荡。

在本发明的另一个实施例中，P、I、D参数可以取决于期望的照明设备操作设定点。例如，当来自照明设备的期望的光通量输出大于预先确定的阈值时，可以选择第一组P、I、D参数；当来自照明设备的期望的光通量输出小于预先确定的阈值时，可以选择第二组P、I、D参数。例如，参数的起始组可以等于：P＝0.3，I＝0.004，D＝0；如果期望的照明设备操作设定点小于预先确定的阈值，如10％的输出，它可能等于10％的强度，则可以将PID控制器的第二组值确定如下：

P＝0.3*0.01*(设定点)^2 (5)

I＝0.004*0.01*(设定点)^2 (6)

D＝0 (7)

其中10％期望的照明设备操作设定点的数值是10。

在本发明的另一个实施例中，可以使用均方误差(error-squared)的PID算法来确定PID控制器参数。例如，可以对一个、多个、或所有的起始PID控制器参数求平方以获得第二组PID控制器参数。还可以使用其它的整数指数或非整数指数以便基于起始组PID控制器参数获得第二组PID控制器参数，反之亦然，正如本领域的普通技术人员容易理解的那样。在另外的实施例中，还可以提升一个、多个、或所有的误差项的幂次到除1或2以外的其它幂次，其中包括小于1的分数幂次。例如，P和I项的幂次可以提升到2，而D项的幂次可提升到0.5。第二组PID控制器参数的这种估算的效果是，平滑了从高P、高I、和低D值到低P、低I、和高D值的过渡。

图4表示用于按照本发明的一个实施例的自适应控制PID控制器参数的确定的一个模型，其中使用前馈型形式来配置这个模型。具体来说，PID控制器250和前馈模型210接收期望的照明设备操作设定点200，其中前馈模型可代表正在控制的过程，即控制照明设备，于是这个前馈模型可以模拟照明设备对于各种不同的操作设定点的响应。前馈模型根据期望的照明设备操作设定点向调节确定模块230提供照明设备的期望响应220的指示，从而随后确定所需的调节240，PID控制器250使用所需的调节240以及从反馈***获得的当前的照明设备操作点290和/或当前的照明设备操作设定点，就可以确定控制信号260，将控制信号260传送到照明设备270，借此控制了照明设备的输出280。

在本发明的一个实施例中，当期望的照明设备操作设定点具有的与前馈模型相关的光强度水平落在照明设备的最大光通量输出的约10％和约100％之间时，可以将前馈模型确定为一条直线。因此，如果强度水平落在这些参数之内，就不需要修改PID控制器参数。此外，当期望的照明设备操作设定点具有的光强度水平小于约10％的时候，可以通过另外的公式确定前馈模型，这个公式提供确定修改PID控制器参数的措施，以便减轻在期望的照明设备操作设定点附近的过冲和/或振荡。例如，可以通过直线的或曲线的形状(如直线、指数、抛物线、或其它形状)来确定这个公式，并且还可以通过数学公式或模型的其它形式来确定这个公式。还可以通过启发式模型或其它的确定答案的试凑法来表示这个公式。本领域的普通技术人员会很容易地理解公式的其它形式。

以上确定了根据一种或多种不同的方法重新估算PID控制器参数的大量方式。PID控制器参数的这种修改提供了自适应地控制照明设备功能的一种形式。一系列不同的自适应地控制方法都是可以利用的，例如：使用模型参照自适应控制(MRAC)的方法，模型识别自适应控制(MIAC)、神经网络、模糊逻辑、启发式算法或模型、反馈自适应控制模型、前馈自适应控制模型、或其它的容易被本领域的普通技术人员理解的方法，其中的每一种方法都可单独地或组合地加入本发明的一个或多个实施例中。

在本发明的实施例中，PID控制器参数的单个P、I、D项之间的其它函数相关性都是可能的，例如指数的、对数的、多项式的、或其它的容易被本领域的普通技术人员理解的函数关系。在本发明的一个实施例中，可以通过PID控制器、与反馈***相关的电路、或者通过模拟装置用数字方法实施这些函数关系。例如，可以使用在其反馈回路中有一个二极管的运算放大器来配置一个对数放大器。

某些检测单元本身固有非线性响应，例如对数响应，可以在本发明的实施例中使用检测单元的这一固有特性，这是有益的，不再需要对来自检测单元的输入信号进行功能性的修改。例如，通过使用来自检测单元的基本上未曾修改的输出作为确定PID控制器参数的输入，就可能实现一种非线性相关，这种关系当与多个或变化的PID参数组结合时就能提供改进的性能：使过冲和振荡最小。

在一个实施例中，针对多个期望的照明设备操作设定点中的每一个，调谐或特性化所述PID控制器参数，并且将这些PID控制器参数存储在一个表格里或在存储器中以其它形式存储这些PID控制器参数，可通过PID控制器访问存储器。因此，当选择一个特定的期望的照明设备操作设定点时，PID控制器可以访问存储器，并且识别与那个特定的期望的照明设备操作设定点有关的对应的经过调谐的PID控制器参数。在本发明的一个实施例中，可以使用包括Ziegler-Nichols和Cohen-Coon在内的技术调谐PID控制器参数。

此外，可以只对某些期望的照明设备操作设定点调谐或特性化PID控制器参数，并且可在它们之间例如使用线性内插或高次内插***对于其它期望的照明设备操作设定点的其余PID控制器参数。

现在参照特定实例描述本发明。应该理解，下面的实例旨在描述本发明的实施例，不期望下面的实例以任何方式限制本发明。

例

图5表示用于照明器或固态照明设备的反馈和控制***的结构，它包括用于按照本发明的一个实施例进行数字控制的方法和设备。照明器包括一个或多个发光元件40，用于产生光，其中的发光元件40经过电流驱动器35电连接到电源30。电源30例如可以基于交流/直流或直流/直流变换器。如果发光元件有多种颜色，对于每种颜色要提供单独的电流驱动器35，由此向每种颜色的发光元件40提供必要的正向电流。

提供一个或多个光检测器50以便检测来自照明器的光通量输出。在一个实施例中，对于每种颜色的发光元件40提供单独的光检测器50。此外，可使彩色滤波器与一个或多个光检测器50相关联。每个光检测器40电连接到放大器和信号变换器55，信号变换器将检测到的信号变换成可由控制***60处理的电信号。在一个实施例中，控制***60可以控制放大器和信号变换器55的放大和积分控制信号。应该理解，每个光检测器50都可检测一定数量的光通量，这个数量的光通量足以提供稳定的光电流，这个光电流提供具有最小的要求信噪比的信号。而且，可以对光检测器50进行屏蔽，以便不可能检测到杂散光或环境光，当然，在一个实施例中，例如在白天，检测环境光是有益的。

在一个实施例中，将用户接口65耦合到控制***60，用户接口65提供用于从用户或其它控制设备(如可编程的24小时定时器或戏院照明控制台)获得信息的装置，所述信息涉及期望的色温、色度、和/或照明器的期望的光通量输出。将所述的信息转换成合适的电参考信号，由控制***60使用。控制***60此外还接收来自光检测器50的有关照明器的光通量输出的反馈数据。控制***60借此可以确定用于传送到电流驱动器35的合适控制信号，以便获得由照明器产生的期望的光通量和光的色度。控制***60可以是微控制器、微处理器、或者其它的容易被本领域的普通技术人员理解的数字信号处理***。

在一个实施例中，如图5所示，控制***60可以有选择地可操作地耦合到一个或多个温度检测器元件45。温度检测器45可以提供有关发光元件40在操作条件下的温度的信息。可以使用有关发光元件40温度的信息来补偿与温度有关的光通量的涨落和发光二极管的主波长移动。例如，通过测量一组发光元件的正向电压、热敏电阻的电阻、或热电偶的电压，可以确定发光元件40的温度。因此，控制***60可以控制电流驱动器35，以便按前馈方式改变这组发光元件40的驱动电流。

类似地，一个或多个温度传感器元件45可以提供有关光传感器50在操作条件下的环境温度的信息。可以使用这个信息以前馈方式补偿光响应度中与温度有关的变化。

在一个实施例中，当只对光传感器50产生响应的数字反馈控制系60在维持恒定光通量输出和色度方面具有较小的长期稳定性时，控制***60对于来自光传感器50和温度传感器45这两者的信号发生响应。

在另一个实施例中，如图5所示，控制***可选择地包括一个或多个电压传感器元件70，电压传感器元件70连接到发光元件40的正向电压并检测发光元件40的正向电压。可以使用中心频率等于交流电源线频率两倍的带通滤波器对于电压传感器信号进行滤波。电压传感器信号的采样频率在一般情况下大于约300赫兹，以使视觉闪烁最小。

控制***60包括一个修正的PID反馈控制算法。对于等于或大于照明器的最大光输出的10％的期望的设备操作设定点，针对3个值P₁、I₁、D₁来设定PID控制器参数。对于这些值进行优化，以使照明器的输出在基本上是最小量的时间内达到期望的设备操作设定点，同时光输出中的过冲或振荡明显较小、基本上毫无意义并且感觉不到。

对于小于照明器的最大光输出的10％的期望的设备操作设定点，通过起始组的值P₁、I₁、D₁来确定PID控制器参数，如果输出大于偏离期望的设备操作设定点的5个百分点。当输出小于偏离期望的设备操作设定点的5个百分点时，对于PID控制器参数，使用最终组的值P₂、I₂、D₂。对于这些PID控制器参数进行优化，以使照明器的输出在最短的时间内达到期望的设备操作设定点，同时在光输出中的过冲或振荡明显较小、基本上是没有意义、和感觉不到。PID控制器参数的相对数值可确定为：P₁＞P₂、I₁＞I₂、D₁＜D₂。可选择地，可以满足这些条件中的一个、两个、或所有三个。如果只满足这些条件中的一个或两个，则剩下的PID控制器参数在起始组的值和最终组的值是相同的。

在本发明的可替换实施例中，在固定组PID控制器值和多组值之间过渡转变的用于确定预先确定的操作阈值的强度水平可以是除照明器最大输出的10％以外的强度水平，例如是7.5％或15％。

在另一个实施例中，从起始组的值P₁、I₁、D₁到最终组的值P₂、I₂、D₂的过渡转变点可以按照当前的设备操作点和期望的设备操作设定点之间的相互关系发生，例如过渡转变可以在输出偏离设定点的预定数目百分数点时发生，所述预定数目百分数点是除5以外的预定数目百分数点，例如3或6。

在一个实施例中，在输出过渡转变期间，例如期望的颜色、色温、或强度发生改变期间，可以使用起始组的PID控制器参数；在稳定状态操作期间，例如在期望的照明设备操作设定点低于10％时，可以使用第二组减小的PID控制器参数。以此方式，固态照明设备的输出可以具有明显快速的基本上没有过冲的响应，同时允许基本上没有振荡的基本上稳定的稳态输出。

在本发明的另一个实施例中，将来自对应发光元件的红、绿、蓝光经过3个单独的反馈回路和PID控制器混合在一起，即光的每种颜色有一个反馈回路和PID控制器。改变对应的PID控制器参数的条件对于每种颜色是不同的，以允许作为标准的具有较高设定点的颜色和允许使用不同的PID控制器参数具有较低设定点的颜色。

显然，本发明的上述实施例都是典型例子，可以按照许多方式改变本发明的上述实施例。这样一些当前的或未来的变化都不被认为是偏离本发明的构思和范围，期望对于本领域的普通技术人员显而易见的所有这样的修改都包括在下面的权利要求书的范围之内。

Claims

1、一种使用PID控制器数字控制照明设备的方法，所述方法包括如下步骤：

a)获得期望的照明设备操作设定点；

b)确定当前的照明设备操作点；

c)至少部分地基于期望的照明设备操作设定点、当前的照明设备操作点或者两者确定一种关系和将该关系与预先确定的阈值进行比较；

d)当所述关系大于预先确定的阈值时，指定第一组值作为PID控制器参数；

e)当所述关系大于预先确定的阈值时，指定第二组值作为PID控制器参数；

f)使用具有指定的PID控制器参数的PID控制器控制照明设备。

2、根据权利要求1所述的数字控制照明设备的方法，其中第一组值或第二组值或者两者由分立的组值确定。

3、根据权利要求1所述的数字控制照明设备的方法，其中第一组值或第二组值由连续函数确定。

4、根据权利要求1所述的数字控制照明设备的方法，其中所述关系表示在期望的照明设备操作设定点和当前的照明设备操作点之间的比较关系。

5、根据权利要求1所述的数字控制照明设备的方法，其中所述关系表示期望的照明设备设定点。

6、根据权利要求5所述的数字控制照明设备的方法，其中预先确定的阈值表示基于期望的照明设备操作设定点的光通量输出。

7、根据权利要求6所述的数字控制照明设备的方法，其中第二组PID控制器值取决于期望的照明设备操作设定点。

8、根据权利要求1所述的数字控制照明设备的方法，其中存在多组PID控制器值，对于特定的期望的照明设备操作设定点调谐每组PID控制器值。

9、根据权利要求8所述的数字控制照明设备的方法，其中照明设备具有多个特定的期望的照明设备操作设定点，所有的多个特定的期望的照明设备操作设定点具有为其配置的一组PID控制器值。

10、根据权利要求1所述的数字控制照明设备的方法，其中第二组PID控制器值包括一个或多个值，所述一个或多个值是由第一组PID控制器值的对应值使用它们之间的函数关系确定的。

11、根据权利要求10所述的数字控制照明设备的方法，其中所述函数关系是指数的、对数的或多项式的。

12、根据权利要求1所述的数字控制照明设备的方法，其中第二组PID控制器值是使用一个自适应控制***确定的。

13、根据权利要求12所述的数字控制照明设备的方法，其中自适应控制***是使用模型参考自适应控制或模型识别自适应控制或神经网络或模糊逻辑或启发式模型或反馈自适应控制模型或前馈自适应控制模型配置的。

14、用于数字控制照明设备的装置，所述照明设备响应一个或多个控制信号，所述装置包括：

a)反馈***，配置成监测照明设备的一个或多个操作特性；

b)PID控制器，可操作地耦合到照明设备和反馈***，将PID控制器配置成接收来自反馈***的一个或多个反馈信号，所述一个或多个反馈信号代表照明设备的一个或多个操作特性，将PID控制器配置成接收代表期望的照明设备操作设定点的第一信号和基于预定的关系确定PID控制器参数，所述预定的关系至少部分地基于期望的照明设备操作设定点，当前的照明设备操作点基于一个或多个反馈信号或者两者，将PID控制器配置成基于PID控制器参数产生一个或多个控制信号；

借此提供照明设备的数字控制。

15、根据权利要求14所述的用于数字控制照明设备的装置，其中：反馈***包括一个或多个光学传感器或一个或多个温度传感器或一个或多个电压传感器、或者它们的组合。

16、根据权利要求14所述的用于数字控制照明设备的装置，其中：PID控制器是独立的微控制器、微处理器、或数字信号处理***。