基于智能算法的LED太陽光模擬器系統(tǒng)辨識的應(yīng)用研究.pdf

1、太陽光模擬器是一種利用人造可控光源模擬太陽光光輻射特性的儀器。其研究設(shè)計需要達到的參數(shù)指標(biāo)包括 AM0或AM1.5大氣條件下的太陽光光譜分布、太陽光總輻照度、模擬系統(tǒng)輻照不均勻度、模擬系統(tǒng)輻照不穩(wěn)定度等。在許多領(lǐng)域的科研檢測實驗中都會用到太陽光模擬器，例如用于航空航天領(lǐng)域、建筑行業(yè)中材料耐輻射老化實驗、太陽能電池光伏性能檢測、農(nóng)業(yè)科學(xué)中研究植物發(fā)育和培育良種、人體醫(yī)學(xué)方面的光療技術(shù)等領(lǐng)域。過去常見的太陽光模擬器光源通常以氙燈、鹵素?zé)舻葹?/p>

2、主，隨著發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，簡稱LED）研究的日益深入，技術(shù)日趨成熟，產(chǎn)品類型也越來越多樣化，越來越多的太陽光模擬器以LED作為控制光源替代過去的傳統(tǒng)光源。LED與過去傳統(tǒng)光源相比較，具有很多優(yōu)勢和特點，比如其壽命長、發(fā)光效率高、光強穩(wěn)定、可精確控制、啟動時間短、不同波長產(chǎn)品豐富等，這些優(yōu)點大大提高了太陽光模擬器的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)度。所以基于LED的太陽光模擬器具有非常豐富的研究價值與良好的研究前景。本文將

3、選取多種不同類型的LED，利用智能算法的優(yōu)越性和可靠性對LED太陽光模擬器模型進行非線性系統(tǒng)辨識，得到一種光譜匹配度高、穩(wěn)定性強的LED太陽光模擬器模型。
　　本文由太陽光模擬器光譜匹配的需求關(guān)系出發(fā)，提出三個研究重點，包括關(guān)于LED光譜模型的辨識方法、構(gòu)建LED驅(qū)動電流與LED光譜分布的關(guān)系模型、以及多種LED擬合標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜的算法研究，并通過仿真實驗與實測結(jié)果進行比較，驗證方案的技術(shù)可行性，最終實現(xiàn)LED太陽光模擬器的設(shè)計方案

4、。具體內(nèi)容概述如下：
　?、臠ED光譜模型辨識
　　由LED輻照特性，單色LED的光譜模型可近似看作高斯分布，過去國內(nèi)外的研究學(xué)者多采用一個或多個高斯模型針對 LED光譜分布提出建模方案，但是由于 LED具有高度非線性的特點，選用參數(shù)化的非線性系統(tǒng)辨識往往會造成固定系統(tǒng)誤差，所以本文提出一種基于改進GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型辨識方法。首先，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識LED光譜模型結(jié)構(gòu)。再選用遺傳算法對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值與閾值進行優(yōu)化

5、，以LED光譜輻照度期望輸出與實測值間的平方差之和的倒數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)，搜索得到最優(yōu)權(quán)值與閾值解。本文對遺傳算法中的基因編碼、適應(yīng)度函數(shù)、交叉算子重新進行設(shè)計，對選擇算子和變異算子采用增加自適應(yīng)性因子的方法，改進了遺傳算法存在的搜索效率低下，容易陷入局部最優(yōu)等缺點，改善了算法早熟狀況。通過實驗結(jié)果分析，將 LED光譜模型與 LED實際測量光譜的最大光輻照度、峰值波長、半波寬等進行比較，同時計算兩者之間的標(biāo)準(zhǔn)差、光譜匹配度等誤差值，保證所

6、建立的LED光譜模型的擬合精度高、誤差小。
　?、芁ED驅(qū)動電流與光譜輸出模型辨識
　　通過分析電流與光功率之間關(guān)系、光功率與光輻照度之間關(guān)系以及LED中PN結(jié)的凈復(fù)合率等可知，在一定驅(qū)動電流范圍內(nèi)，LED驅(qū)動電流與光譜輸出之間近似為線性關(guān)系，所以本文提出利用線性回歸方程對LED驅(qū)動電流與光輸出模型進行建模。傳統(tǒng)辨識線性回歸方程的算法是最大似然估計法，雖然算法簡便，但是也存在計算量大，計算效率低等缺點，所以本文提出一種模擬退

7、火粒子群算法對線性回歸方程進行參數(shù)辨識，利用模擬退火粒子群算法的快速尋優(yōu)、高效搜索等優(yōu)點，又快又準(zhǔn)確的找到線性回歸方程的最優(yōu)解，求得LED驅(qū)動電流與光譜輸出的關(guān)系模型。
　?、嵌郘ED擬合LED標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜
　　LED太陽光模擬器的核心是研究不同類型的LED在構(gòu)建LED太陽光模擬器時所需要的LED驅(qū)動電流大小和LED數(shù)量，這也就是運用多種LED擬合標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜模型。根據(jù)已得到的LED光譜模型與LED驅(qū)動電流與光輸出模型，建立