Основні поняття про системи автоматизованого проектування освітлення

 

 

 

 

Рис. 15. – Діаграма ізокандел у просторовому виді з чвертю вирізу

 

 

Аналіз

 

 

Ціль даного аналізу – модифікація конструкції для забезпечення необхідного розподілу світлового потоку. Маючи на увазі використання алгоритмічної оптимізації, проаналізуємо доступні для варіювання параметри конструкції.

 

Форма відбивача. Припускаємо,  що  його  внутрішня  поверхня  буде поверхнею обертання. Наступне питання – про те, як буде описана її утворююча: ламаною або гладкою кривою. Перший варіант кращий з погляду швидкості обчислень, а також забезпечення технологічної реалізованості проекту. Наприклад, легко формулюються обмеження на змінні проектування

– розміри, які гарантують відсутність похибок. Та й самі розміри описують модель більш передбачувано. Певним недоліком є те, що ламана в якості утворюючої при малому числі сегментів трохи звужує діапазон можливих проектів, а також те, що поява кутів ускладнює (некритично) технологічний процес. Ми будемо використовувати апроксимацію сплайном. Негативний наслідок  –  збільшення  обсягу  обчислень  у  програмі  –  можна  перебороти

 

підбором настроювань алгоритму (про це нижче). Однак загострюється проблема  коректного  задання  сплайну.  Можна  виділити  дві  тенденції:  з одного боку, збільшення порядку сплайну надає можливість більш широкого охоплення різноманітних варіантів; протилежна тенденція – збільшення розмірності оптимізаційного завдання, імовірність появи локальних оптимумів, нестійкості оптимізаційного алгоритму. З урахуванням того, що алгоритм оптимізації буде функціонувати не в автоматичному режимі, потрібно дуже жорстко лімітувати розмірність завдання.

 

Умовимося, що в зоні патрона форма рефлектора не може змінюватися. Тоді сплайн, який проходить через чотири точки, один з кінців якого нерухомий, може породити досить широкий діапазон варіантів. Приймемо також, що вершини сплайну можуть переміщуватися тільки в радіальному напрямку. Таким чином, число ступенів свободи, що описують форму, три: D1, D2, D3 – діаметри, на яких перебувають вершини. Домовимося, що відстань у напрямку осі між вершинами однакова. Щоб «полегшити» роботу алгоритму, виключити витрати часу на розрахунок свідомо неприйнятних варіантів, введемо обмеження:

 

D0 < D1 < D2 < D3,(1)

 

 

де  D0  –  діаметр,  на  якому  розташовується  найближча  до  патрона вершина. Інші вершини пронумеровані так, що чим більше номер, тим далі від патрона вона розташовується. Ця умова не виключає повністю можливості появи похибок у відбивача. Більш строгий контроль обумовлює накладення обмежень на напрямок дотичних у всіх вершинах сплайну. Для внутрішніх точок зробити це в SolidWorks досить складно. Тому понадіємося на «розум» алгоритму й гармонію природи. Форма утворюючої для вихідного проекту, а також дані про змінні проектування, які описують форму, наведені на рис. 16. Як представляється, ступінь деталізації в описі геометрії рефлектора більш

 

ніждостатнядляреалізаціївсіхтехнологічнореалізованихваріантів

 

конструкції з вісесиметричним відбивачем.

 

 

 

 

Рис. 16. – Параметри, що описують форму й граничні значення

 

 

На лівій частині рис. 16 показано граничні положення утворюючих. Приймемо, що це прямі лінії, які проходять через кінцеву точку сплайну. Тоді кожний з варіантів діаметрів повинен залишатися між цими утворюючими – так встановлюються інтервали зміни змінних, визначаючих форму. Для дотримання цієї вимоги на кожний з розмірів варто накласти інтервальне обмеження. Ці діапазони будуть використовуватися в оптимізаційному алгоритмі і як обмеження і як база для процесу пошуку рішення.

 

Положення джерела світла.  Переміщення  лампи  в осьовому напрямку радикально   змінює   розподіл   світлового   потоку   й,   відповідно,   шукану діаграму  ізокандел.   Таким  чином,   з'явився   четвертий   ступінь   свободи. Інтервал його варіювання визначається тим, щоб лампа перебувала усередині рефлектора. Зрозуміло, патрон супроводжує лампу при будь-яких переміщеннях.

 

Оптичні характеристики об'єктів. Зрозуміло, що оптичні параметри лампи відносно даної, досить локальної проблеми, не можуть бути змінені. Номенклатура джерел світла, які можна використати в даній конструкції, також не занадто різноманітна. Більш реалістично виглядає спроба варіювати

 

відбиваючі властивості рефлектора. Однак алгоритмічний опис цього процесу

 

– вкрай неформальне завдання. У фізичній моделі TracePro як мінімум три параметри описують процес розсіювання світла й один – співвідношення між часткою дзеркально відбитого й розсіяного світлового потоку. Зрозуміло, що частка поглинутого світла в даному завданні повинна бути мінімальна. Абсолютна ж її величина впливає на розподіл світлового потоку не занадто істотно.

 

Керуючись цими міркуваннями, а також тим, що реалізувати на практиці поверхню по заданим параметрам відбиття, по суті, неможливо, виключаємо оптичні параметри поверхні із числа тих, які будуть ураховуватися алгоритмом. У  той  же  час ігнорувати  можливість керування функціональністю освітлювальних приладів через оптичні характеристики матеріалів і поверхонь у даному завданні не можна.

 

Алгоритм  рішення

 

 

Підготовка вихідних даних про властивості матеріалів. На першому етапі привласнимо рефлектору характеристики, що моделюють матеріал з досить малим розсіюванням (рис. 17). Власне частка ідеально відбитого світла – 29% не занадто велика, але розсіяна частина – 55% розподіляється досить вузьким пучком. Окреме питання про частку поглиненого світла. Її вплив на вид розподілу  світлового  потоку  не  є  визначальним,  але  інтерес  може представляти коефіцієнт корисної дії виробу. Якщо для поліпшеного проекту