基于宽带PLC数据传输的智慧节能路灯照明方法及系统与流程

基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明方法及系统
技术领域
1.本发明涉及路灯智能控制技术领域，具体涉及基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明方法及系统。


背景技术：

2.随着城市道路的快速发展，作为保障行车安全的路灯数量迅速增加，与此同时，带来的是快速增长的电力消耗，而为了减少能源的消耗，目前一般都是根据季节不同或日照时间的不同来对于路灯开灯时间以及开灯时长进行控制。然而，这样的路灯控制方法依然存在着一些缺陷，即开关灯时间固定，无法根据路灯所处环境的多变量因素对路灯进行适应性的控制，从而在一些无需照明的情况下依然开启路灯，造成了不必要的能源浪费。


技术实现要素：

3.自适应预测控制apc是一种依靠对控制对象的信息连续采集并处理，确定当前的实际运行状态（反馈校正），按照一定的性能标准（预测模型），产生适当的自适应控制律，用以实时地调整控制结构或参数（滚动优化），使该系统总是自动地在最佳或次最佳的操作条件下工作的控制方法。
4.基于此，本方案利用自适应预测控制的特点，在路灯智能控制领域，可以充分融合路灯所处环境的多变量因素，从而对路灯进行适应性的控制，进而达到节约能源的目的。
5.本发明提供的基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明方法及系统，能够解决上述过程中的技术问题。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
7.第一方面，本发明提供了基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明方法，包括以下步骤：
8.s1：根据路灯所处环境光照以及日出日落时间，设置路灯开启的设定曲线；
9.s2：根据apc算法构建路灯开启的预测模型；通过预测模型，计算路灯开启的实际过程输出以及预测过程输出；并根据实际过程输出以及预测过程输出的差值，计算预测误差；
10.s3：根据预测误差计算修正参数向量；根据修正参数向量，对设定曲线进行修正，得到修正后的设定曲线以及控制信号；根据修正参数向量，计算修正后的实际过程输出；
11.s4：根据控制信号，对预测过程输出进行控制，得到修正后的预测过程输出；计算修正后的实际过程输出与预测过程输出之间的差值，并更新预测误差；
12.s5：重复s3和s4，直到预测误差趋近于零。
13.在一些实施例中，所述s2包括以下步骤：
14.s21：构建实际过程输出以及预测过程输出函数；
15.s22：通过实际过程输出以及预测过程输出函数，计算实际过程输出以及预测过程输出并根据实际过程输出以及预测过程输出的差值，计算预测误差。
16.在一些实施例中，所述s3还包括以下步骤：
17.s31：根据预测误差，通过修正参数向量函数，计算修正参数向量；
18.s32：根据修正参数向量以及设定曲线，通过设定曲线修正函数，计算修正后的设定曲线；
19.s33：根据修正后的设定曲线以及根据修正参数向量，通过控制函数，计算控制信号；
20.s34：根据预测过程输出以及修正参数向量，通过预测过程修正函数，计算修正后的预测过程输出。
21.在一些实施例中，所述s4以下步骤：
22.s41：根据控制信号以及预测过程输出，通过预测过程输出控制函数，计算修正后的预测过程输出；
23.s42：计算修正后的实际过程输出与预测过程输出之间的差值，并更新预测误差。
24.第二方面，本发明提供了基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明系统，包括：
25.设定曲线设置模块，用于根据路灯所处环境光照以及日出日落时间，设置路灯开启的设定曲线；
26.预测模型构建模块，用于根据apc算法构建路灯开启的预测模型；通过预测模型，计算路灯开启的实际过程输出以及预测过程输出；并根据实际过程输出以及预测过程输出的差值，计算预测误差；
27.修正参数向量计算模块，用于根据预测误差计算修正参数向量；根据修正参数向量，对设定曲线进行修正，得到修正后的设定曲线以及控制信号；根据修正参数向量，计算修正后的实际过程输出；
28.预测误差修正模块，用于根据控制信号，对预测过程输出进行控制，得到修正后的预测过程输出；计算修正后的实际过程输出与预测过程输出之间的差值，并更新预测误差；
29.滚动优化模块，用于重复修正参数向量计算模块和预测误差更新模块所执行的步骤，直到预测误差趋近于零。
30.在一些实施例中，所述预测模型构建模块包括：
31.过程输出函数构建子模块，用于构建实际过程输出以及预测过程输出函数；
32.预测误差计算子模块，用于通过实际过程输出以及预测过程输出函数，计算实际过程输出以及预测过程输出并根据实际过程输出以及预测过程输出的差值，计算预测误差。
33.在一些实施例中，所述修正参数向量计算模块包括：
34.修正参数向量计算子模块，用于根据预测误差，通过修正参数向量函数，计算修正参数向量；
35.设定曲线修正子模块，用于根据修正参数向量以及设定曲线，通过设定曲线修正函数，计算修正后的设定曲线；
36.多模态模型构建模块，用于根据修正后的设定曲线以及根据修正参数向量，通过控制函数，计算控制信号。
37.在一些实施例中，所述预测误差更新模块包括：
38.实际过程输出修正子模块，用于根据控制信号以及预测过程输出，通过预测过程
输出控制函数，计算修正后的预测过程输出；
39.预测误差更新子模块，用于计算修正后的实际过程输出与预测过程输出之间的差值，并更新预测误差。
40.第三方面，本方案提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明方法。
41.第四方面，本方案提供了一种plc设备，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储cpu程序和序列化程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的cpu程序和序列化程序，以使所述plc设备执行如上述任一项所述的基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明方法。
42.本技术的有益效果是：
43.本技术提供的基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明方法及系统，能够利用自适应预测控制apc算法，将控制对象的信息连续采集并处理，确定当前的实际运行状态（反馈校正），按照一定的性能标准（预测模型），产生适当的自适应控制律，用以实时地调整控制结构或参数（滚动优化），使该系统总是自动地在最佳或次最佳的操作条件下工作的，充分融合路灯所处环境的多变量因素，从而对路灯进行适应性的控制，进而达到节约能源的目的。
附图说明
44.图1为本技术的基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明方法；
45.图2为本技术s2的子流程图；
46.图3为本技术s3的子流程图；
47.图4为本技术s4的子流程图。
具体实施方式
48.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
49.为了能够更清楚地理解本技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本公开，而非对本技术的限定。基于所描述的本技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
50.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
51.图1为本技术的基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明方法。
52.基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明方法，结合图1，包括以下步骤：
53.s1：根据路灯所处环境光照以及日出日落时间，设置路灯开启的设定曲线；
54.具体的，路灯照明时间可以根据路灯所处环境的实际情况来进行确定的，在设定
其照明时间或者照明亮度时，可以结合路灯所处环境的实际情况，例如根据路灯传感器获取路灯所处环境的历史光照条件，结合天气数据，即可对路灯在下一时间段内的开关灯时间以及照明亮度做出一个相对比较准确，也期望能够达到的设定曲线。
55.s2：根据apc算法构建路灯开启的预测模型；通过预测模型，计算路灯开启的实际过程输出以及预测过程输出；并根据实际过程输出以及预测过程输出的差值，计算预测误差；
56.在一些实施例中，结合图2即本技术s2的子流程图，所述s2包括以下步骤：
57.s21：构建实际过程输出以及预测过程输出函数；
58.s22：通过实际过程输出以及预测过程输出函数，计算实际过程输出以及预测过程输出并根据实际过程输出以及预测过程输出的差值，计算预测误差；
59.具体的，在设置好设定曲线后，还需要对路灯开启的过程输出曲线建立一个预测模型，该预测模型能够通过实际过程输出以及预测过程输出函数，来计算实际过程输出以及预测过程输出，并根据实际过程输出以及预测过程输出的差值，计算预测误差。
60.s3：根据预测误差计算修正参数向量；根据修正参数向量，对设定曲线进行修正，得到修正后的设定曲线以及控制信号；根据修正参数向量，计算修正后的实际过程输出；
61.在一些实施例中，结合图3即本方案s3的子流程图，所述所述s3包括以下步骤：
62.s31：根据预测误差，通过修正参数向量函数，计算修正参数向量；
63.s32：根据修正参数向量以及设定曲线，通过设定曲线修正函数，计算修正后的设定曲线；
64.s33：根据修正后的设定曲线以及根据修正参数向量，通过控制函数，计算控制信号；
65.s34：根据预测过程输出以及修正参数向量，通过预测过程修正函数，计算修正后的预测过程输出。
66.具体的，在获取到预测误差之后，在预测误差的基础上，根据修正参数向量函数，可以计算出修正参数向量，修正参数向量可通过设定曲线修正函数，对设定曲线进行修正，得到修正后的设定曲线。进一步，根据修正后的设定曲线以及修正参数向量，通过控制函数，计算出控制信号，并利用该控制信号，通过预测过程修正函数，对预测过程输出进行修正，计算得到修正后的预测过程输出。
67.s4：根据控制信号，对预测过程输出进行控制，得到修正后的预测过程输出；计算修正后的实际过程输出与预测过程输出之间的差值，并更新预测误差。
68.在一些实施例中，结合图4级本技术s4的子流程图，所述s4包括：
69.s41：根据控制信号以及预测过程输出，通过预测过程输出控制函数，计算修正后的预测过程输出；
70.s42：计算修正后的实际过程输出与预测过程输出之间的差值，并更新预测误差；
71.具体的，在获取到控制信号后，通过预测过程输出控制函数，对预测过程输出进行修正，计算得到修正后的预测过程输出。此时，继续对修正后的实际过程输出与预测过程输出求差值，即可得到一个新的预测误差。
72.s5：重复s3和s4，直到预测误差趋近于零。
73.具体的，将上述步骤得到的新的预测误差重新带入s3以及s4中，进行滚动优化，直
至预测误差趋近于零，此时即可得到一条趋近于预测过程输出的路灯照明曲线，按照该曲线，通过plc对路灯进行控制即可使
74.需要说明的是，本方案上述计算的完整计算过程如下：
75.首先需要计算预测过程输出：；
76.其中，为预测过程输出；n、m分别为自回归项阶数以及控制变量阶数；系数和的值可以通过系统识别技术获得，其取值是为了寻找最适合过程动态的模型，同时保持n和m的值尽可能低；表示第k-i个周期的控制信号，这里需要说明一点，首次计算时，不存在控制信号，而控制信号的计算方法如下：的计算方法如下：；
77.其中，、、均为公式系数，可根据系数和的值计算得出。
78.接下来需要计算的是，期望过程输出：期望过程输出：；
79.其中：，；，；；
80.其中，表示过程输出的设定值，也即设定曲线；表示在条件下的第k个周期的期望过程输出；表示第（k+1-i）个周期的过程输出参考值；表示为第（k+1-i）个周期的过程输出；表示预测范围，是为预测过程输出y而设置的未来控制间隔的数量；、、、、是投影在上的所需轨迹模型系数；p和q表示所需轨迹模型的阶数（分别为和系数的数量）；和的值可以通过系统识别技术获得。
81.紧接着，需要计算的是，实际过程输出：；
82.其中，为第k个周期的实际过程输出值；表示某一周期的过程输出y中参数组成的向量、的实际值的转置；为包含为包含的矢量，而、分别表示、实际值的个数。
83.以及，预测误差：；
84.其中，为第k个周期的预测误差；为第k个周期过程输出的实际值。
85.以及，修正参数向量：；
86.其中，表示某一周期的过程输出y中参数组成的向量、的实际值；b为中间变量。
87.本发明第二方面还提供了基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明系统，包括：
88.设定曲线设置模块，用于根据路灯所处环境光照以及日出日落时间，设置路灯开启的设定曲线；
89.预测模型构建模块，用于根据apc算法构建路灯开启的预测模型；通过预测模型，计算路灯开启的实际过程输出以及预测过程输出；并根据实际过程输出以及预测过程输出的差值，计算预测误差；
90.修正参数向量计算模块，用于根据预测误差计算修正参数向量；根据修正参数向量，对设定曲线进行修正，得到修正后的设定曲线以及控制信号；根据修正参数向量，计算修正后的实际过程输出；
91.预测误差修正模块，用于根据控制信号，对预测过程输出进行控制，得到修正后的预测过程输出；计算修正后的实际过程输出与预测过程输出之间的差值，并更新预测误差；
92.滚动优化模块，用于重复修正参数向量计算模块和预测误差更新模块所执行的步骤，直到预测误差趋近于零。
93.在一些实施例中，所述预测模型构建模块包括：
94.过程输出函数构建子模块，用于构建实际过程输出以及预测过程输出函数；
95.预测误差计算子模块，用于通过实际过程输出以及预测过程输出函数，计算实际过程输出以及预测过程输出并根据实际过程输出以及预测过程输出的差值，计算预测误差。
96.在一些实施例中，所述修正参数向量计算模块包括：
97.修正参数向量计算子模块，用于根据预测误差，通过修正参数向量函数，计算修正参数向量；
98.设定曲线修正子模块，用于根据修正参数向量以及设定曲线，通过设定曲线修正函数，计算修正后的设定曲线；
99.多模态模型构建模块，用于根据修正后的设定曲线以及根据修正参数向量，通过控制函数，计算控制信号。
100.在一些实施例中，所述预测误差更新模块包括：
101.实际过程输出修正子模块，用于根据控制信号以及预测过程输出，通过预测过程输出控制函数，计算修正后的预测过程输出；
102.预测误差更新子模块，用于计算修正后的实际过程输出与预测过程输出之间的差值，并更新预测误差。
103.本发明第三方面提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程
序被处理器执行时实现上述任一项所述的基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明方法。
104.具体的，计算机设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算机设备。计算机设备可以包括但不仅限于处理器和存储器。本领域技术人员可以理解，计算机设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
105.处理器可以是中央处理单元（central processing unit，cpu），也可以是其它通用处理器、数字信号处理器（digital signal processor，dsp）、专用集成电路（application specific integrated circuit，asic）、现场可编程门阵列（field-programmable gate array，fpga）或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
106.存储器可以是计算机设备的内部存储单元，例如，计算机设备的硬盘或内存。存储器也可以是计算机设备的外部存储设备，例如，计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡（smart media card，smc），安全数字（secure digital，sd）卡，闪存卡（flash card）等。进一步地，存储器还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及计算机设备所需的其它程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
107.本发明第四方面提供了一种plc设备，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储cpu程序和序列化程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的cpu程序和序列化程序，以使所述plc设备执行如上述任一项所述的基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明方法。
108.具体的，集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本公开实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可以实现上述各个方法实施例的步骤。计算机程序可以包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（read-only memory，rom）、随机存取存储器（random access memory，ram）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如，在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
109.本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本技术的范围之内并且形成不同的实施例。
110.本领域的技术人员能够理解，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
111.虽然结合附图描述了本技术的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本技术的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求
所限定的范围之内以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
112.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：根据路灯所处环境光照以及日出日落时间，设置路灯开启的设定曲线；s2：根据apc算法构建路灯开启的预测模型；通过预测模型，计算路灯开启的实际过程输出以及预测过程输出；并根据实际过程输出以及预测过程输出的差值，计算预测误差；s3：根据预测误差计算修正参数向量；根据修正参数向量，对设定曲线进行修正，得到修正后的设定曲线以及控制信号；根据修正参数向量，计算修正后的实际过程输出；s4：根据控制信号，对预测过程输出进行控制，得到修正后的预测过程输出；计算修正后的实际过程输出与预测过程输出之间的差值，并更新预测误差；s5：重复s3和s4，直到预测误差趋近于零。2.根据权利要求1所述的基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明方法，其特征在于，所述s2包括以下步骤：s21：构建实际过程输出以及预测过程输出函数；s22：通过实际过程输出以及预测过程输出函数，计算实际过程输出以及预测过程输出并根据实际过程输出以及预测过程输出的差值，计算预测误差。3.根据权利要求2所述的基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明方法，其特征在于，所述s3包括以下步骤：s31：根据预测误差，通过修正参数向量函数，计算修正参数向量；s32：根据修正参数向量以及设定曲线，通过设定曲线修正函数，计算修正后的设定曲线；s33：根据修正后的设定曲线以及根据修正参数向量，通过控制函数，计算控制信号；s34：根据预测过程输出以及修正参数向量，通过预测过程修正函数，计算修正后的预测过程输出。4.根据权利要求3所述的基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明方法，其特征在于，所述s4以下步骤：s41：根据控制信号以及预测过程输出，通过预测过程输出控制函数，计算修正后的预测过程输出；s42：计算修正后的实际过程输出与预测过程输出之间的差值，并更新预测误差。5.基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明系统，其特征在于，包括：设定曲线设置模块，用于根据路灯所处环境光照以及日出日落时间，设置路灯开启的设定曲线；预测模型构建模块，用于根据apc算法构建路灯开启的预测模型；通过预测模型，计算路灯开启的实际过程输出以及预测过程输出；并根据实际过程输出以及预测过程输出的差值，计算预测误差；修正参数向量计算模块，用于根据预测误差计算修正参数向量；根据修正参数向量，对设定曲线进行修正，得到修正后的设定曲线以及控制信号；根据修正参数向量，计算修正后的实际过程输出；预测误差修正模块，用于根据控制信号，对预测过程输出进行控制，得到修正后的预测过程输出；计算修正后的实际过程输出与预测过程输出之间的差值，并更新预测误差；滚动优化模块，用于重复修正参数向量计算模块和预测误差更新模块所执行的步骤，
直到预测误差趋近于零。6.根据权利要求5所述的基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明系统，其特征在于，所述预测模型构建模块包括：过程输出函数构建子模块，用于构建实际过程输出以及预测过程输出函数；预测误差计算子模块，用于通过实际过程输出以及预测过程输出函数，计算实际过程输出以及预测过程输出并根据实际过程输出以及预测过程输出的差值，计算预测误差。7.根据权利要求6所述的基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明系统，其特征在于，所述修正参数向量计算模块包括：修正参数向量计算子模块，用于根据预测误差，通过修正参数向量函数，计算修正参数向量；设定曲线修正子模块，用于根据修正参数向量以及设定曲线，通过设定曲线修正函数，计算修正后的设定曲线；多模态模型构建模块，用于根据修正后的设定曲线以及根据修正参数向量，通过控制函数，计算控制信号。8.根据权利要求7所述的基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明系统，其特征在于，所述预测误差更新模块包括：实际过程输出修正子模块，用于根据控制信号以及预测过程输出，通过预测过程输出控制函数，计算修正后的预测过程输出；预测误差更新子模块，用于计算修正后的实际过程输出与预测过程输出之间的差值，并更新预测误差。9.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明方法。10.一种plc设备，其特征在于，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储cpu程序和序列化程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的cpu程序和序列化程序，以使所述plc设备执行如权利要求1至4中任一项所述的基于宽带plc数据传输的智慧节能路灯照明方法。

技术总结
本发明提供了基于宽带PLC数据传输的智慧节能路灯照明方法及系统，包括以下步骤：S1：设置路灯开启的设定曲线；S2：构建路灯开启的预测模型，计算实际过程输出以及预测过程输出；计算预测误差；S3：修正过程输出。本申请提供的基于宽带PLC数据传输的智慧节能路灯照明方法及系统，能够利用自适应预测控制APC算法，将控制对象的信息连续采集并处理，确定当前的实际运行状态（反馈校正），按照一定的性能标准（预测模型），产生适当的自适应控制律，用以实时地调整控制结构或参数（滚动优化），使该系统总是自动地在最佳或次最佳的操作条件下工作的，充分融合路灯所处环境的多变量因素，从而对路灯进行适应性的控制，进而达到节约能源的目的。进而达到节约能源的目的。进而达到节约能源的目的。


技术研发人员：梁轶
受保护的技术使用者：北京国芯能集成电路科技有限公司
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/7/25