Основні поняття про системи автоматизованого проектування освітлення

 

Внесення змін у конструкцію

 

 

Вихідний і умовно-оптимальний проекти (форма відбивача й положення джерела світла) показані на рис. 22. Відповідні ним діаграми розподілу сили

світла показані на рис. 23.

 

 

 

 

Рис. 22 – Вихідна й модернізована конструкції

 

 

 

 

 

Рис. 23 – Діаграми ізокандел для вихідної й модернізованої конструкції

 

 

Певний інтерес представляє залежність цільової функції (нагадаємо, що це площа «відхилення» діаграми реальної від діаграми «ідеальної») від номера ітерації. Графік показаний на рис. 24. Видно, що розкид величини цільової функції на перших ітераціях досить значний. Пояснення цьому лежить на поверхні: використовується метод прямого пошуку, де спочатку відбувається формування вихідного багатогранника. Його вершини знаходяться методом випадкового пошуку. Тому на першому етапі генеруються досить неочевидні варіанти. Перші вісім варіантів і відповідні їм діаграми ізокандел показані на рис.   25   а,   б.   Далі,   «намацавши»   траєкторію   поліпшення,   алгоритм

«досліджує» завдання цілком цілеспрямовано. У підсумку цільова функція зменшується з 79.2 до 44.8 мм2.

 

 

 

 

 

Рис. 24 – Залежність цільової функції від номера ітерації

 

 

а) 

 

б) 

 

Рис. 25 – Початкові варіанти конструкції й діаграми сили світла

 

Оцінка результатів модифікації й прогноз функціональності

 

 

Порівняння діаграм ізокандел – «ідеальної» і відповідної умовно- оптимальному проекту показує, що зміни істотно наблизили проект до мети. Досягти ж повної відповідності не вдалося, причому можна впевнено стверджувати, що потенціал даної конструкції вичерпаний. Імовірність знаходження істотно кращого варіанта в рамках обмежень розглянутої схеми мізерно мала. Необхідно розширити коло пошуку, розглядаючи варіанти з іншими джерелами світла, негладкими поверхнями відбивача, додатковими відбивачами, у тому числі вбудованими в джерело світла, і т.д.

 

Ще один, менш очевидний висновок – модернізований варіант має помітно менший  коефіцієнт  корисної  дії.  Для  простоти  аналізу  світловий  потік джерела був прийнятий рівним 1 лм. На відображуваних діаграмах внизу відображається величина світлового потоку, що вийшов з освітлювальної системи  (Total  Flux).  Для  вихідного  варіанта  конструкції  вона  становить

0.657 лм, а для модернізованого – 0.539. З огляду на те, що геометрична модель побудована так, що світло може випускатися тільки через розтруб відбивача (між патроном і відбивачем зазорів немає), то КПД відповідно дорівнює 54 і 66%. Причин зменшення може бути дві: у зміненій системі світло  активніше  взаємодіє  з  відбивачем  і  більшою  часткою  світлового потоку попадає усередину лампи й поглинається. Перший ефект є очевидною сплатою за звуження рефлектора й, загалом, не підлягає усуненню. Другий негативний наслідок модернізації ми спробуємо нівелювати. Якщо припустити, що поверхня лампи випромінює не по ламбертовому закону, а нормально поверхні, то значна частка променів повернеться назад на лампу. Звідси випливають два висновки. Перший – що ламбертів закон розподілу світлового потоку від поверхні в даній ситуації сприяє більш високому КПД (це, однак об'єктивна закономірність і на неї впливати неможливо). Другий висновок   –   потрібно   спробувати   відхилити   промені,   що   падають   на

 

рефлектор під кутом близьким до нормалі до його поверхні. Одне з рішень – перетворити   поверхню   в   сукупність   розсіюючих   відбивачів,   рис.   26). Діаграма ізокандел для такої конструкції наведена в лівій частині рис. 27.

КПД збільшився тільки на один відсоток.

 

 

 

 

 

Рис. 26 – Хвилястий рефлектор

 

 

 

 

Рис. 27 – Діаграми ізокандел для хвилястого рефлектора й рефлектора з розсіюючою поверхнею

 

Менш трудомістке, але трохи більш діюче рішення – збільшити розсіюючі властивості поверхні гладкого відбивача. Відповідна діаграма розподілу сили світла показана на рис. 27 праворуч. КПД відносно «більш» дзеркальної поверхні збільшився на 2 відсотки. При цьому діаграма ізокандел наблизилася до шуканої. Кількісна оцінка цього наближення – величина цільової функції. Вона дорівнює 42.0 мм2, що на 2.8 мм2 менше, ніж для рефлектора з менш розсіюючою поверхнею.

 

Висновки

 

 

Розглянуте завдання є показовим прикладом того, як можна змінювати конструкцію  за  допомогою  формальних  процедур  оптимального проектування. Вона ж ілюструє тезу, що математичні алгоритми не завжди можуть підмінити творчість конструктора. На жаль, описана реалізація алгоритму, вимагаючи постійної участі оператора, має високу трудомісткість і непридатна для рішення завдань навіть із відносно малим – більше 5 – 7 – числом змінних проектування.

 

Що  ж  стосується  використання  інструментів  оптимального проектування   при   розробці   світлотехніки,   то   параметризації   може,   як правило, піддаватися тільки геометрія. Включити, наприклад, у число змінюваних змінних характеристики поверхні (поглинання, відбиття, розсіювання) в принципі можна. Недолік же один – реалізувати об'єкт із заданими властивостями вкрай важко.

 

Лекція  16

 

МОДЕЛЮВАННЯ АВТОМОБІЛЬНОЇ ОПТИКИ ЗАСОБАМИ TRACE PRO

 

Система TracePro може бути використана для моделювання практично всіх  типів  автомобільних  оптичних  систем.  Нижче  приводяться  приклади того,  як  TracePro  за  рахунок  скорочення  обсягів