【正文】 自身能力。 課題研究的目的和意義 與國外電梯群控技術(shù)迅猛的發(fā)展態(tài)勢相比 ， 我國電梯群控技術(shù)無論在理論研究還是技術(shù)應(yīng)用上 ，都存在著較大差距。單臺電梯往往不能滿足建筑物內(nèi)的交通需求 ， 為了縮短乘客的候梯時間 ， 減少能量損耗 ， 需要合理安裝多臺電梯 ， 電梯群控系統(tǒng)EGCS(Elevator Group Control System)正是應(yīng)這樣一種需求而產(chǎn)生和發(fā)展的。 focuses on the fuzzy control technology, including overview of the development of fuzzy control technology and fuzzy control technology works。目 錄 化工學(xué)院學(xué)院化工機(jī)械 I 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 題 目： 電梯群控系統(tǒng)模糊控制技術(shù)的研究與設(shè)計(jì) 姓 名： 王正斌 學(xué) 號： 0923105012 指 導(dǎo) 教 師： 師玉寶 專 業(yè) 年 級： 自動化 20xx級 所在學(xué)院和系： 化工學(xué)院 化工機(jī)械系 完 成 日 期： 20xx年 6月 6日 答 辯 日 期： 20xx 年 6月 13 日 青海大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)： 電梯群控系統(tǒng)模糊控制技術(shù)的研究與設(shè)計(jì) II 電梯群控系統(tǒng)模糊控制技術(shù)的研究與設(shè)計(jì) 摘要 文章 簡要介紹了電梯 以及電梯的種類，電梯群控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 和基本原理 ；重點(diǎn)介紹了模糊控制技術(shù)，包括模糊控制技術(shù)的發(fā)展概況以及模糊控制技術(shù)的 基本 原理 和模糊控制器的設(shè)計(jì)， 分析了將模糊控制技術(shù)應(yīng)用到 EGCS 中的可行性和必要性。 關(guān)鍵詞： 電梯群控 ,基本原理， 模糊控制 ,評價函數(shù) ,系統(tǒng)仿真 目 錄 化工學(xué)院學(xué)院化工機(jī)械 III Elevator Group Control System Fuzzy Control Technology Research and Design Abstract Paper briefly describes the type of lift and elevator, the elevator group control system development。 隨著高層建筑和智能大廈日益增多 ， 人們對時間的觀念變得越來越強(qiáng) ， 對效率的要求也越來越高 ， 電梯作為高層建筑內(nèi)部一種非常重要 ， 甚至是唯一的交通工具 ， 其應(yīng)用規(guī)模日益擴(kuò)大 ， 復(fù)雜化 ，人們對電梯系統(tǒng)的性能和服 務(wù)質(zhì)量也提出了越來越高的要求。近年來，智能控制技術(shù)發(fā)展十分迅速，它在處理復(fù)雜性、不確定性問題時具有較強(qiáng)的實(shí)用性，因而將智能控制技術(shù)應(yīng)用到電梯群控算法中，實(shí)現(xiàn)電梯群的最優(yōu)調(diào)度。另一方面，電梯采用群控方式，通過合理地調(diào)配電梯減少能耗，能夠達(dá)到節(jié)能的目的，這是符合現(xiàn)代潮流的。的兩列剛性導(dǎo)軌之間運(yùn)送乘客或貨物的固定設(shè)備。在硬件上 ,最初時使用繼電器，后來使用集成電路，從 1975 年開始在群控系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)，進(jìn)入現(xiàn)代電梯群控階段。這種系統(tǒng)需要單一的廳層召喚系統(tǒng)，每個廳層設(shè)有一個上行和一個下行按鈕。這一時期電梯群控系統(tǒng)采用的調(diào)度方式是針對每一個具體的呼梯信號指派電梯，當(dāng)一個呼梯信號注冊后，系統(tǒng)根據(jù)交通情況和各轎廂的狀態(tài)，選擇合適的電梯為這個層站呼叫提供服務(wù)，這就把群控系統(tǒng)和單臺電梯控制器簡單地聯(lián)系在一起，提高了整個系統(tǒng)的可靠性和服務(wù) 質(zhì)量。在第三階段的呼梯分配系統(tǒng)中增加了綜合評價系統(tǒng)，采用了包括候梯時間、長候梯率及預(yù)測誤差率在內(nèi)的多因素作為評價指標(biāo)，改變了系統(tǒng)對于時變的交通量適應(yīng)性差的缺點(diǎn)。 電梯群控系統(tǒng)是一個相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，需要對幾百個信號進(jìn)行收發(fā)，處理。電梯群控模塊是電梯群控系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)采集轎外呼叫信號并協(xié)調(diào)的控制各電梯的運(yùn)行。電梯群控模塊是整個電梯群的調(diào)度中心。一旦有層站轎外呼梯按鈕被按下，電梯群控模塊立即登一記該呼梯請求，并根據(jù)群控控制算法來判斷最優(yōu)派梯，決定由哪臺電梯來服務(wù)。 （ 2）數(shù)據(jù)通信功能 電梯群控系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對電梯運(yùn)行的合理分配和優(yōu)化調(diào)度，就要在上層調(diào)度軟件和底層電梯控制器間建立 “信息通道 ”，實(shí)現(xiàn)雙向通信，進(jìn)行信息數(shù)據(jù)和控制命令的傳輸。因此，群控系統(tǒng)有控制功能，對電梯控制器進(jìn)行控制，可以命令某電梯去響應(yīng)某個廳堂外呼信號，也可以使某臺梯對某個廳外呼叫不予響應(yīng)。 （ 6）自學(xué)習(xí)功能 青海大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)： 電梯群控系統(tǒng)模糊控制技術(shù)的研究與設(shè)計(jì) 6 化工學(xué)院學(xué)院化工機(jī)械 電梯群控問題僅僅依靠數(shù)學(xué)描述來實(shí)現(xiàn)是不夠的，還需要采用對經(jīng)驗(yàn)知識進(jìn)行學(xué)習(xí)、使用和獲取的方法 ,即系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)。 （ 1）不確定性 在電梯群控系統(tǒng)中 ,存在著大量的不確定因素： 乘客的目的層不確定。 （ 2）多目標(biāo)性 平均候梯時間要求短 乘客的候梯時間：從乘客 按下層站呼梯按鈕開始，到所派電梯到達(dá)此層時乘客進(jìn)入轎廂所經(jīng)過的時間。 系統(tǒng)能耗要求小 系統(tǒng)能耗主要是指電梯系統(tǒng)中電機(jī)的電能消耗。 長候梯率要求小 長候梯率是指乘客候梯時間超過 1 分鐘的發(fā)生比率。一般以轎廂內(nèi)乘客 數(shù)占轎廂額定載重量的百分比來衡量。這對乘客乘梯時間的預(yù)測，對其他乘客候梯時間和乘梯時間的影響的預(yù)測難以實(shí)施。 以上所提到的電梯 群控系統(tǒng)的多目標(biāo)性、非線性、不確定性、擾動性和信息的不完備性，說明電梯群控系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜的控制系統(tǒng)。自從 Zadeh 在 1965 年提出描述不確定性和語言信息的 “模糊集合 ”概念之后， Mamdani 教授首先將其引入到用于表達(dá)人類控制決策的不確定性問題上，實(shí)現(xiàn)了一臺小型蒸汽機(jī)的模糊控制，取得了良好的控制效果，標(biāo)志著模糊控制的正式誕生。這些模糊控制系統(tǒng)的應(yīng)用取得了明顯的效益，并且受到了人們的普遍重視。 （ 3）與傳統(tǒng)的控制方法相比，模糊控制系統(tǒng)依賴于行為規(guī)則，由于是用自然語言表達(dá)的規(guī)則，更接近于人的思維方法和推理習(xí)慣，因此，便于現(xiàn)場操作人員的理解和使用，便于人機(jī)對話，以得到更有效的控制規(guī)律。 我國模糊控制理論及其應(yīng)用方面的研究工作最早見于 1979 年， 1981 年成立了中國模糊系統(tǒng)和模糊數(shù)學(xué)學(xué)會。 青海大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)： 電梯群控系統(tǒng)模糊控制技術(shù)的研究與設(shè)計(jì) 10 化工學(xué)院學(xué)院化工機(jī)械 模糊控制系統(tǒng)是一種以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，與一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相比，模糊控制系統(tǒng)的控制器是模糊控制器。 圖 31 模糊控制器原理 …… …… 在前面模糊控制理論的基礎(chǔ)上，我們可以總結(jié)出設(shè)計(jì)模糊控制器的一般步驟。電梯系統(tǒng)多個期望目標(biāo)的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)，主要依靠群控系統(tǒng)的派梯功能對各呼梯信號的合理指派。舉個例子來說 ,轎廂的擁擠度大，可以使平均候梯時間降低，但因?yàn)橥？?多，則會使乘梯時間變長；電梯系統(tǒng)能耗低，會使平均侯梯時間和長侯梯率增大。 （ 3）對部分評價標(biāo)準(zhǔn)的模糊推理特別是輸入變量的選取不夠準(zhǔn)確，使得評價標(biāo)準(zhǔn)不能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)的性能。模糊控制技術(shù)不僅能處理精確信息，也能處理模糊信息和其它不明確信息，能實(shí)現(xiàn)精確性聯(lián)想和映射。 （ 3）模糊控制通過對輸入量的模糊化和它的綜合推理可以弱化數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確對系統(tǒng)的影響。并對一般模糊控制器設(shè)計(jì)的步驟進(jìn)行了總結(jié)，而且對模糊控制技術(shù)應(yīng)用到電梯群控中的可行性和必要性作了詳細(xì)的分析，為后面基于模糊控制的電梯群控算法的分析設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)電梯運(yùn)行到目的層站后 ， 系統(tǒng)會更新層站呼梯信號列表和電梯狀態(tài)信息。隨著電梯群控技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在先進(jìn)的電梯群控系統(tǒng)大多應(yīng)用多種控制原則，對多個目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化 ,實(shí)現(xiàn)電梯的優(yōu)化調(diào)度。 評價函數(shù)如式 (41)所示 ： Si：各臺電梯的評價函數(shù)值。由于每座建筑的功能和客流特性各異，為滿足每座建筑不同時間段對電梯系統(tǒng)的需求，每個群控系統(tǒng)的評價函數(shù)分量權(quán)值設(shè)置也 不盡相同。這樣通過在不同時段給不同指標(biāo)賦不同值的方式，可以使電梯系統(tǒng)滿足用戶在不同時段的使用需求，同時還可以提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行性能。 CVi：群控系統(tǒng)中第 i 臺電梯在響應(yīng)新的呼梯后 ,其對未來呼梯的剩余容量，其值越大 ,則電梯對新召喚的響應(yīng)能力越強(qiáng)。 式中 NF 為建筑物的總層數(shù)， CV0 為電梯的額定容量， NPi 為第 i 次廳層召喚的人數(shù)， NFi 為第 i 次召喚目的樓層與起始層的層數(shù)差， n 為該次運(yùn)行電梯響應(yīng)同方向召喚的總次數(shù)，并取 80%的電梯額定容量。依據(jù)上面的分析 HCWT 可以分為 3 個模糊集， S(小 )、M(中 )、 L(大 )， 隸屬函數(shù)如圖 41 所示： 青海大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)： 電梯群控系統(tǒng)模糊控制技術(shù)的研究與設(shè)計(jì) 16 化工學(xué)院學(xué)院化工機(jī)械 圖 42 輸入量 HCWT 的隸屬函數(shù)圖 縱軸： HCWT 的隸屬度 (無量綱 ) 橫軸 :HCWT 的精確值 (單位：秒 ) 隸屬函數(shù)表達(dá)式如式（ 44） —式（ 46）： （ 3） maxHCWT 的模糊化及隸屬函數(shù)： 一般而言，乘客的最長候梯時間小于 40 秒是非常理想的，在 60 秒左右是可以接受的，但最好不應(yīng)超過 80 秒。輸入量 CV可以間接反映電梯內(nèi)乘客的人數(shù)，輸青海大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)： 電梯群控系統(tǒng)模糊控制技術(shù)的研究與設(shè)計(jì) 18 化工學(xué)院學(xué)院化工機(jī)械 入量 UR 可以反映電梯的起停次數(shù)。 表 45 求 LWP 適應(yīng)度的控制規(guī)則 SLWP maxHCWT L M S CV L M L VL M S M L S VS S M (3)平均候梯時間 AwT 的推理規(guī)則 影響平均候梯時間的主要因素是：電梯的利用率和電梯轎箱的剩余容量。用輸入量 UR、 maxHCWT 和 GD 可推理得到輸出量 RPC 的適應(yīng)度，共 27 條規(guī)則。反模糊化采用最大平均法。 群控仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 51 所示： 程序中用到的變量說明 1)上行呼梯信號列表 (up_register)：用于儲存各層產(chǎn)生的上行呼梯信號，是一個 1n 維數(shù)組， n等于建筑物的總層數(shù)。 5)電梯上行服務(wù)列表 (car_up_signal)：記錄第 i 臺電梯要去應(yīng)答的上行呼梯信號的位置，是一個電梯運(yùn)行 檢測電梯狀態(tài) 分配電梯 呼叫應(yīng)答 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 乘客到達(dá)，產(chǎn)生呼梯信號 系統(tǒng)時鐘檢測 初始化 青海大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)： 電梯群控系統(tǒng)模糊控制技術(shù)的研究與設(shè)計(jì) 24 化工學(xué)院學(xué)院化工機(jī)械 1n 維數(shù)組， n 等 于建筑物的總層數(shù)。 9)電 梯運(yùn)行起始層列表 (start_floor)：儲存各臺電最新一次運(yùn)行的起始樓層位置，是一個 1n 維數(shù)組， n 等于電梯的總臺數(shù)。 乘客到達(dá)處理程序流程如圖 53 所示 ,具體描述如下 : 程序會從建筑物的首層到最高層逐層掃描是否有呼梯信號產(chǎn)生， 如果第 i 層有上行 /下行呼梯信號產(chǎn)生，那么就把這個呼梯信號一記錄到上行呼梯信號列表 /下行呼梯信號列表的第 i 個位置，并把呼梯信號產(chǎn)生的時刻記錄到上行 /下行呼梯信號產(chǎn)生時刻列表。電梯運(yùn)行主控制程序會根據(jù)電梯的運(yùn)行方向去調(diào)用電梯上行控制程序、電梯下行控制程序和電梯待命控制程序。 (1)判斷產(chǎn)生下行呼梯信號的層站位置，如果產(chǎn)生下行呼梯信號的層站位置與電梯當(dāng)前位置相同，執(zhí)行下面 1 的操作后程序結(jié)束；如果產(chǎn)生下行呼梯信號的層站位置位于電梯當(dāng)前位置上方的層站，執(zhí)行 2 的操作后程序結(jié)束。 更改電梯的運(yùn)行方向 ,car_direction(n)；更新電梯運(yùn)行起始層，即 start_floor(n)=car_position(n)；電梯下行，更新 car_position(n)。 2)讀取內(nèi)選信號列表和上行服務(wù)列表信息，判斷是否還需要繼續(xù)下行，如果需要繼續(xù)下行則更新電梯的位置然后程序結(jié)束，否則程序順序向下執(zhí)行。 電梯下行 ,更新 car_position(