JP4374473B2 - 制御システムおよび照明用制御システム - Google Patents
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Description
三木光範、香西隆史「照明システムの知的化設計」同志社大学理工学研究報告.1998年7月.第39巻.第2号.p.24−34
(1)エネルギー計測部と、複数の制御部と、1以上の比較部と、1以上の判断部とを備える制御システムであって、前記エネルギー計測部は、前記制御部が消費するエネルギーに関連するエネルギー情報を前記判断部に送り、前記比較部は、任意の位置の観測情報と目標情報とを比較した比較結果を前記判断部に渡し、前記判断部は、エネルギー情報と比較結果に基づき所定の条件を満たすかどうかの判断を行い、判断結果を前記制御部に渡し、前記制御部は、前記判断部より入手した判断結果により、制御量の増減を繰り返し、前記制御量の増減により前記エネルギーの消費が増加した場合、または、減少しない場合は、前記制御量を元の値に戻すことにより、前記観測情報を前記目標情報に近づけるようにすることを特徴とする制御システム。
(5)前記制御量の増減を行う前記制御部の選択、前記制御量の増減の大きさ、前記制御量の増減の頻度のいずれかを変化させることを特徴とする(1)〜(4)何れか記載の制御システム。
(7)前記制御部の選択の前に、前記全制御部の制御値を各々が取りうる最高値に設定するか、または、前記所定の条件を満たさない場合に、前記全制御部の各々の制御値を前記戻し制御の変更方向に変更してゆき、前記所定の条件を満たすようにした(3)〜(4)何れか記載の制御システム。
(8)前記戻し制御を行う制御部は、前記複数の制御部の全部であることを特徴とする(3)〜(4)何れか記載の制御システム。
(10)前記比較結果が2値の場合、片方の状態の場合のみを比較結果として、前記比較部が前記判断部に渡すか、前記判断部が、前記所定の条件を満たす、または満たさない、の一方の判断結果のみを前記制御部に渡すかの、少なくとも何れか一方の渡し方を適用して、前記観測情報を前記目標情報に近づけるようにすることを特徴とする(1)〜(9)何れか記載の制御システム。
(12)前記所定変更量と前記戻し変更量の少なくとも一方は、前記観測情報と前記目標情報との差に基づく変更量である(3)〜(4)何れか記載の制御システム。
(14)前記所定変更量と前記戻し変更量の少なくとも一方を、前記観測情報が前記目標情報に近づく収束に応じて減少させる、または、収束までの時間経過と共に減少させるようにした(3)〜(4)何れか記載の制御システム。
(16)前記変更制御、前記戻し制御における制御値の少なくとも一方は、連続的に変化するようにしたことを特徴とする(3)〜(4)何れか記載の制御システム。
(18)前記収束の最終段階における前記各制御部の制御値を記憶でき、指示を受け付けることにより、前記各制御部の制御値を、再現できる(1)〜(17)何れか記載の制御システム。
(21)照明制御に用いる(1)〜(20)何れか記載の制御システムであって、前記制御部は照明装置、前記比較部は照度比較装置、前記判断部は判断装置、前記制御値は照明装置の光源の光度、前記観測情報は観測位置における取得照度、前記目標情報は目標照度である制御システム。
(23)上記(21)記載の制御システムを構成する照明装置。
(24)上記(21)記載の制御システムを構成する照度比較装置。
(25)上記(21)記載の制御システムを構成する判断装置。
図1は、本発明の制御システムを示す図である。図1においては、制御部Sが複数、比較部Cが1つ以上、判断部Hが1つ以上設けられている。電力計測部Pも設けられている。電力計測部Pは、制御部Sへ供給する電力量を計測し、電力量値、あるいは、電力量の増減を表す電力情報を判断部Hに渡す。比較部Cは、観測情報を取得する取得部と目標情報を格納する格納部とを備え、前記観測情報と前記目標情報とを比較した比較結果を判断部Hに渡す。判断部Hは、電力情報と比較結果に基づき所定の判断、すなわち、所定の条件を満たすかどうかの判断を行い、判断結果を制御部Sに渡す。
なお、制御部は、制御値を所定値だけ増加させる第2の戻し制御も行えるようにしてもよい。すなわち、戻し制御の戻し変更量は、前回変更制御の前の状態に戻す戻し変更量であってもよいし、前記所定の条件を満たすべく、前回変更制御の制御方向とは逆方向の任意の戻し変更量であってもよい。逆方向とは、複数の照明装置が行う変更制御の総体、例えば平均値に対してその逆方向の意味である。典型的には、制御値を増加させる方向であり、エネルギー消費量が増加する方向になる。
図1(A)において、制御部Sである16個の照明装置10が、部屋の中に配置されている。照明装置10は、図1(B)に示すように、送受信部101、制御器102、光源100を備える。各光源は部屋の中を照明し、部屋の各位置の照度が決まる。比較部C、すなわち、照度比較装置12は、図1(A)において、部屋の所望の位置に配置されている。照度比較装置12は、図1(D)に示すように、目標情報である目標照度の情報Lsを格納する格納部121、観測情報である取得照度の情報Lを取得する取得部122、目標照度Lsと取得照度Lとを比較する比較器123、比較結果を送信する送信部124を備える。判断部H、すなわち、判断装置11は、図1(A)において、部屋の任意の位置に設けられている。判断装置11は、図1(C)に示すように、受信部111、判断器112、送信部113により構成される。
図1(A)において、電力計測部Pは、複数の照明装置Sが消費する電力量を計測し、電力量値、あるいは、電力量値の増減を表す電力情報を判断装置11に送信する機能を有する。
また、照度比較装置が1つの場合には、前記取得照度が対応する目標照度より大きい場合に一定の関係にあり、前記取得照度が対応する目標照度より小さい場合に一定の関係にないものとする。
また、変更制御の変更量の方向を変えず、大きさを任意に変動させるようにしてもよい。言い換えると、変更量は、零、および、負いずれか一方の値をとる。この場合は、各光度は、戻し制御のときを除けば、1方向に変化することになる。光度の減少が大きめになったり、小さめになったり、ゼロになったりする。
なお、上記説明のように、各照明装置が独自にランダムに変更制御を行う場合は、照明装置の間で通信する必要がないので、送受信部101は、受信機能を備えているだけでよい。
図2(A)は、部分判断部Hbを導入した本発明の別の実施の形態の図である。図2(A)においては、2つの比較部Cと部分判断部Hbが部分判断装置を構成する。図2(B)は、部分判断装置14の構成ブロック図である。照度比較装置12xは、格納部121x、取得部122x、比較器123xを備え、目標照度Lxsと取得照度Lxの比較結果を部分判断部13の部分判断器132に送る。照度比較装置12yは、格納部121y、取得部122y、比較器123yを備え、目標照度Lysと取得照度Lyの比較結果を部分判断器132に送る。部分判断器132は、前記所定の判断を2つの照度比較装置12x、12yの比較結果に対して行い、部分判断結果を、送信部133により、判断装置11の受信部111に送る。判断器112は、部分判断結果と他の比較結果を集め、上記所定の判断を行う。部分比較結果が所定の条件を満たさないか、他の比較結果が1つでも一定の関係にない場合は、全体として所定の条件を満たさないことになる。
比較結果と電力情報による、判断部Hの動作や、制御部Sである各照明装置10の変更制御や戻し制御としては、実施の形態1の場合と同様に、図4で説明した動作を行う。
本実施の形態においても、図4において説明したフローチャートの手順の適用できる。
図3(A)は、判断部Hを照明装置である制御部Sのそれぞれに設けた実施例である。図3(B)は、判断部Hに相当する判断器112を付属させた照明装置15である。照明装置15は、各比較結果や部分判断結果と電力情報を送受信部101より受信し、判断器112において、前記所定の判断を行い、その判断結果に従って、制御器102が、変更制御や戻し制御を行う。本実施の形態においても、図4において説明したフローチャートの手順の適用できる。
図6は、本実施の形態の制御のフローチャートの別の一例である。図1、2、3に示した本発明の制御システムにおいて、適用できる。
(S204)の戻し制御を第1の戻し制御、(S305)の戻し制御を第2の戻し制御と呼ぶことが出来る。
図7は、本実施の形態の制御のフローチャートの別の一例である。図1、2、3に示した本発明の制御システムにおいて、適用できる。
(S403)と(S405)の手順は、図4、5の手順の(S100)の代わりに置き換えてもよい。
図8は、図4で説明したフローチャートにおいて、(S101)の代わりに(S501)としたものである。(S501)において、任意の照明装置はランダムな変更量だけ光度を変化させるが、各照明装置において平均的には光度を減少させてゆく。1つの照明装置を見た場合、一時的に光度がランダムな値だけ増加することがあるが、時間平均を取れば光度が減少するように変更制御を行う。従って、毎回光度を減少させ、その光度の値がランダムであるような照明装置があってもよい。また、照明装置全体でも、一時的に光度の総計値が増加して消費電力が上昇することがあっても、大局的には、光度が低下してゆくように、ランダムに光度が変化するようにしてもよい。
上記、各実施の形態では、各照明装置は、独自にランダムな変更制御を行うものとした。各照明装置を選択してランダムな変更制御を行うようにしてもよい。また、戻し制御においても、各照明装置を選択して行うようにしてもよい。変更制御や、増光制御である戻し制御を行う照明装置を選択する方法について説明する。中枢装置が、複数の照明装置を管理する場合は、中枢装置が、照明装置を選択できるので、照明装置間のネゴシエーションは不要であるが、照明装置を区別するアドレスの管理が必要になりやや複雑である。照明装置間でネゴシエーションにて、個々の照明装置が変更制御や戻し制御を行うかどうか決定する方式では、通信管理が不要になる。
各照明装置の制御器102は、制御が開始されると、内部で乱数を発生させ、乱数が閾値β1以下の場合、変更制御を行う。乱数が0から255の整数値で一様分布であり、β1が15であれば、照明装置は1/16の確率で変更制御を行う。すなわち、全照明装置の1/16程度が、平均的には、変更制御を行うことになる。それ以外の照明装置は待機し、その光度を維持する。次の変更制御では、前回変更制御した照明装置が乱数を発生させ、閾値β2=8以下の場合変更制御を行う。前回変更制御しなかった照明装置も同様に乱数を発生させ、閾値β3=15以下の場合に変更制御を行う。戻し制御では、変更制御した照明装置が乱数を発生させ、閾値β4=127以下の場合に、戻し制御を行う。変更制御しなかった照明装置も乱数を発生し、閾値β5=63以下の場合に戻し制御を行う。乱数は、制御器102が判断結果を受信するたびに発生させる。判断結果によって、次の制御が、変更制御、戻し制御のいずれであるかが分る。このようにすれば、大局的には、確率的に決まる1つまたは複数の照明装置が自律的に変更制御と戻し制御とを行いながら、取得照度を目標照度に近づいてゆく。変更制御、または、戻し制御を、しばらく行っていない照明装置は、閾値β3、β5を大きくするようにしてもよい。変更制御、または、戻し制御を頻繁に行っている照明装置は、閾値β2、β4を小さくするようにしてもよい。閾値β1、β2、β3、β4、β5の値や乱数のサイズは、上記例以外でもよい。
上記選択された照明装置が、同時に変更制御や戻し制御を行わず、互いにランダムなタイミングで変更制御を行うと、複数の照明装置が同時に光度を変更する機会が減るため、光度の大幅な変化が減り、照度のちらつきを減らすことができる。
つぎに、ネゴシエーションにより照明装置を選択する方法について説明する。各照明装置間の通信と処理のネゴシエーションを以下のように行う。各照明器具は、変更制御や戻し制御を早いもの勝ち方式で行う。このために、各照明装置は、制御が開始されるか、他の照明装置から処理の終了の通知を受信すると、受信から遅延時間Tdの後に制御宣言を送信する。Tdは、各照明装置内で乱数を発生させ、その値により決める。そのあと、各照明装置は、他の照明装置から制御宣言を(n−1)個だけ受信すると制御禁止電文を送信する。制御禁止電文を受信した照明装置は、制御宣言を送信せず、制御を行わず待機する。
次に、各照明装置から1つずつ選択する場合の各照明装置間の通信と処理のネゴシエーションについて説明する。変更制御の宣言は、各照明器具が、早いもの勝ち方式で行う。このために、各照明装置は、他の照明装置から処理の終了の通知を受信すると、受信から遅延時間Tdの後に変更制御宣言を送信し、その後、所定の窓時間Tw以内に他の照明装置からの処理宣言を受信しなければ、その照明器具の処理の権利が確立され、変更制御を開始する。遅延時間Tdは、各照明装置の内部で乱数により決める。遅延時間Tdが大きくて、処理宣言を未だ行っていない照明器具は、その前に他の照明装置から宣言を受信すると、次の処理の終了通知を受信するまでは処理宣言を送信しない。2つ以上の照明器具において遅延時間Tdが同じ値となることは、稀である。すなわち、複数の照明装置が同じ時刻に変更制御宣言を行うことは、極めて稀であり、通常は、ただ1つの照明器具が処理の権利を取得する。
このようなブロードキャスト形式の通信方式によれば、照明装置の数が増減しても、照度比較装置の数が増減しても、各照明装置や照度比較装置に手を加えることなく、所定の位置において所定の照度になるように照明制御が行える。照度比較装置を所望の位置に自由に移動して、その位置の照度を希望の値に収れん、収束させることもできる。
上記、各実施の形態において、所望の照度分布へ向かっての収束過程での各光源や照明装置の光度設定値、照度取得部での取得照度をディスプレイに表示するようにすれば、収束動作状況を確認できる。更に、照度取得部での目標照度をディスプレイに表示するようにすれば、収束までの進行状況を把握できる。
上記各実施の形態において、照明装置の最高光度が低ければ、上記説明した手順により、所望の照度の調節が出来ない場合があるのは言うまでもない。また、光源の数が少なく、照度取得部の数が多い場合、すべての位置の照度を目標照度のとおりに調節できない場合があるのも言うまでもない。また、目標照度の一部に非常な高照度や低照度を含む場合、適切な位置に光源を設置しないと所望の照度に調節できないのもいうまでもない。いいかえれば、光源の光度調節によって実現がもともと可能な照度分布であれば、上記説明の手順により、所望の照度分布の実現が可能である。また、目標照度に対して誤差は大きめでも、目標照度の方向へ近づけることはできる。
H 判断部
C 比較部
P 電力計測部
10 照明装置
11 判断装置
12 照度比較装置
100 光源
101 送受信部
102 制御器
111 受信部
112 判断器
113 送信部
121 格納部
122 取得部
123 比較器
124 送信部
Hb 部分判断部
14 部分判断装置
15 判断装置内蔵型照明装置
Claims (23)
- エネルギー計測部と、複数の制御部と、1以上の比較部と、1以上の判断部とを備え、照明制御に用いる制御システムであって、
前記エネルギー計測部は、前記制御部が消費するエネルギーに関連するエネルギー情報を前記判断部に送り、
前記比較部は、任意の位置の観測情報と目標情報とを比較した比較結果を前記判断部に渡し、
前記判断部は、エネルギー情報と比較結果に基づき所定の条件を満たすかどうかの判断を行い、判断結果を前記制御部に渡し、
前記制御部は、前記判断部より入手した判断結果により、制御量の増減を繰り返し、前記制御量の増減により前記エネルギーの消費が増加した場合、または、減少しない場合は、前記制御量を元の値に戻すことにより、前記観測情報を前記目標情報に近づけるようにすることを特徴とする制御システムであり、
前記制御部は照明装置、前記比較部は照度比較装置、前記判断部は判断装置、前記制御量は照明装置の光源の光度、前記観測情報は観測位置における取得照度、前記目標情報は目標照度である制御システム。 - エネルギー計測部と、複数の制御部と、1以上の比較部と、1以上の判断部とを備え、照明制御に用いる制御システムであって、
前記エネルギー計測部は、前記制御部が消費するエネルギーに関連するエネルギー情報を前記判断部に送り、
前記比較部は、任意の位置の観測情報と目標情報とを比較した比較結果を前記判断部に渡し、
前記判断部は、エネルギー情報と比較結果に基づき所定の条件を満たすかどうかの判断を行い、判断結果を前記制御部に渡し、
前記比較部が比較結果を判断部に渡す際、または、前記判断部が判断結果を制御部に渡す際の少なくとも一方で、渡す相手を特定せずに渡し、
前記制御部は、前記判断部より入手した判断結果により、制御量の増減を繰り返し、前記制御量の増減により前記エネルギーの消費が増加した場合、または、減少しない場合は、前記制御量を元の値に戻すことにより、前記観測情報を前記目標情報に近づけるようにすることを特徴とする制御システムであり、
前記制御部は照明装置、前記比較部は照度比較装置、前記判断部は判断装置、前記制御量は照明装置の光源の光度、前記観測情報は観測位置における取得照度、前記目標情報は目標照度である制御システム。 - エネルギー計測部と、複数の制御部と、1以上の比較部と、1以上の判断部とを備え、照明制御に用いる制御システムであって、
前記エネルギー計測部は、前記制御部が消費するエネルギー量に関連するエネルギー情報を前記判断部に送り、
前記比較部は、観測情報を取得する取得部と目標情報を格納する格納部とを備え、前記観測情報と前記目標情報とを比較した比較結果を前記判断部に渡し、
前記判断部は、エネルギー情報と比較結果に基づき所定の条件を満たすかどうかの判断を行い、判断結果を前記制御部に渡し、
前記各制御部は、前記判断結果に基づき、現在制御量から所定変更量だけ制御量を変更する変更制御と、戻し制御とを行うことができ、
前記複数の制御部の制御する制御量に基づき前記観測情報が生成され、
前記所定変更量をランダムに変化させた量とする、前記戻し制御における戻し変更量をランダムに変化させた量とする、前記変更制御を行うタイミングをランダムに変化させる、前記変更制御の頻度をランダムに変化させる、の内のいずれか少なくとも1つを適用して前記制御部が前記変更制御を行い、前記制御量の変更により前記エネルギーの消費が増加した場合、または、減少しない場合は、前記制御量を元の値に戻し、
前記変更制御の後、前記判断が、所定の条件を満たさない、との場合、前記所定の条件を満たすべく、前記制御量を元の値に戻すことにより、前記観測情報を前記目標情報に近づけるようにすることを特徴とする制御システムであり、
前記制御部は照明装置、前記比較部は照度比較装置、前記判断部は判断装置、前記制御量は照明装置の光源の光度、前記観測情報は観測位置における取得照度、前記目標情報は目標照度である制御システム。 - エネルギー計測部と、複数の制御部と、1以上の比較部と、1以上の判断部とを備え、照明制御に用いる制御システムであって、
前記エネルギー計測部は、前記制御部が消費するエネルギー量に関連するエネルギー情報を前記判断部に送り、
前記比較部は、観測情報を取得する取得部と目標情報を格納する格納部とを備え、前記観測情報と前記目標情報とを比較した比較結果を前記判断部に渡し、
前記判断部は、エネルギー情報と比較結果に基づき所定の条件を満たすかどうかの判断を行い、判断結果を前記制御部に渡し、
前記各制御部は、前記判断結果に基づき、現在制御量から所定変更量だけ制御量を変更する変更制御と、戻し制御とを行うことができ、
前記複数の制御部の制御する制御量に基づき前記観測情報が生成され、
前記所定変更量をランダムに変化させた量とする、前記戻し制御における戻し変更量をランダムに変化させた量とする、前記変更制御を行うタイミングをランダムに変化させる、前記変更制御の頻度をランダムに変化させる、の内のいずれか少なくとも1つを適用して前記制御部が前記変更制御を行い、前記制御量の変更により前記エネルギーの消費が増加した場合、または、減少しない場合は、前記制御量を元の値に戻し、
前記変更制御の後、前記判断が、所定の条件を満たさない、との場合、前記所定の条件を満たすべく、前記各制御部の少なくとも一部が戻し制御を行うことにより、前記観測情報を前記目標情報に近づけるようにすることを特徴とする制御システムであり、
前記制御部は照明装置、前記比較部は照度比較装置、前記判断部は判断装置、前記制御量は照明装置の光源の光度、前記観測情報は観測位置における取得照度、前記目標情報は目標照度である制御システム。 - 前記制御量の増減を行う前記制御部の選択、前記制御量の増減の大きさ、前記制御量の増減の頻度のいずれかを変化させることを特徴とする請求項1〜4何れか記載の制御システム。
- 前記制御システムにおいて、前記比較部が1つの場合には、前記判断部は、前記観測情報が前記目標情報と一定の関係にある場合に、前記所定の条件を満たすと判断し、前記観測情報が前記目標情報と一定の関係にない場合には、前記所定の条件を満たさない、と判断し、
前記比較部が2以上の場合には、前記制御部は、前記各観測情報が、対応する前記各目標情報と、すべて一定の関係にある場合に、前記所定の条件を満たすと判断し、ひとつでも一定の関係にない場合には、前記所定条件を満たさない、と判断する制御システムであって、
前記一定の関係にあるとは、前記観測情報が、対応する前記目標情報より大きい、という関係である請求項1〜5何れか記載の制御システム。 - 前記制御部の選択の前に、前記全制御部の制御量を各々が取りうる最高値に設定するか、または、前記所定の条件を満たさない場合に、前記全制御部の各々の制御量を前記戻し制御の変更方向に変更してゆき、前記所定の条件を満たすようにした請求項3〜4何れか記載の制御システム。
- 前記戻し制御を行う制御部は、前記複数の制御部の全部であることを特徴とする請求項3〜4何れか記載の制御システム。
- 前記戻し変更量は、前回変更制御の前の状態に戻す戻し変更量、または、前記所定の条件を満たすべく、前回変更制御の制御方向とは逆方向の任意の戻し変更量であることを特徴とする請求項3〜4何れか記載の制御システム。
- 前記比較結果が2値の場合、片方の状態の場合のみを比較結果として、前記比較部が前記判断部に渡すか、前記判断部が、前記所定の条件を満たす、または満たさない、の一方の判断結果のみを前記制御部に渡すかの、少なくとも何れか一方の渡し方を適用して、前記観測情報を前記目標情報に近づけるようにすることを特徴とする請求項1〜9何れか記載の制御システム。
- 前記判断部を前記複数の制御部の各々に対応して設けたことを特徴とする請求項1〜10何れか記載の制御システム。
- 前記所定変更量と前記戻し変更量の少なくとも一方は、前記観測情報と前記目標情報との差に基づく変更量である請求項3〜4何れか記載の制御システム。
- 前記所定変更量と前記戻し変更量の少なくとも一方は、前記制御部毎に設定される請求項3〜4何れか記載の制御システム。
- 前記所定変更量と前記戻し変更量の少なくとも一方を、前記観測情報が前記目標情報に近づく収束に応じて減少させる、または、収束までの時間経過と共に減少させるようにした請求項3〜4何れか記載の制御システム。
- 前記制御部のうち増減させる制御部の選択数を、前記観測情報が前記目標情報に近づく収束に応じて、1つに近づけるようにした請求項1〜14何れか記載の制御システム。
- 前記変更制御、前記戻し制御における制御量の少なくとも一方は、連続的に変化するようにしたことを特徴とする請求項3〜4何れか記載の制御システム。
- 前記複数の制御部の制御量、前記観測情報、前記目標情報のうち、少なくともいずれかをディスプレイに表示する請求項1〜16何れか記載の制御システム。
- 前記収束の最終段階における前記各制御部の制御量を記憶でき、指示を受け付けることにより、前記各制御部の制御量を、再現できる請求項1〜17何れか記載の制御システム。
- 前記比較部を複数備え、その一部の比較部の比較結果を入手して判断する部分判断部を少なくとも1つ備え、前記部分判断部は、入手した比較結果に対して、前記判断を部分判断として行い、前記判断部は、前記部分判断部に判断されない比較部がある場合には当該比較部の比較結果を、前記部分判断部の部分判断結果に加えて、前記部分判断部に判断されない比較部がない場合には、前記部分判断部の部分判断結果により、前記判断を行うことを特徴とする請求項1〜18何れか記載の制御システム。
- 前記比較部が比較結果を前記判断部に渡す伝送、前記部分判断部が部分判断結果を前記判断部に渡す伝送、および、前記判断部が判断結果を前記制御部に渡す伝送、の少なくとも1つは、ワイヤレス伝送方式である請求項1〜19何れか記載の制御システム。
- 請求項1から請求項20いずれか記載の制御システムを構成する照明装置。
- 請求項1から請求項20いずれか記載の制御システムを構成する照度比較装置。
- 請求項1から請求項20いずれか記載の制御システムを構成する判断装置。
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