【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 功能 群控系統(tǒng)中，各臺(tái)電梯對(duì)廳外呼叫信號(hào)的響應(yīng)是由系統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)行分配的。每個(gè)廳外呼叫信號(hào)并不是直接派給乘客所呼叫電梯的控制 器，而是先送到群控調(diào)度模塊。調(diào)度模塊根據(jù)各梯的當(dāng)前狀態(tài)信息，采用一定的調(diào)配策略，用算法分析出哪臺(tái)梯響應(yīng)此呼叫信號(hào)會(huì)使電梯系統(tǒng)得到最優(yōu)的性能，比如響應(yīng)時(shí)間最短或者系統(tǒng)能耗最小等，再將此廳外呼叫信號(hào)分配給該電梯控制器。因此，群控系統(tǒng)有控制功能，對(duì)電梯控制器進(jìn)行控制，可以命令某電梯去響應(yīng)某個(gè)廳堂外呼信號(hào)，也可以使某臺(tái)梯對(duì)某個(gè)廳外呼叫不予響應(yīng)。 （ 4）預(yù)估計(jì)算功能 預(yù)估計(jì)算功能是群控系統(tǒng)的核心部分。群控系統(tǒng)要對(duì)大廈中電梯系統(tǒng)所處的交通狀況進(jìn)行分析，比如客流量以及客流分布、電梯狀態(tài)以及電梯分布等，通過(guò)分析可以對(duì)乘客呼 叫、轎廂人數(shù)、電梯下一站響應(yīng)情形等進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后根據(jù)一定的規(guī)則和策略對(duì)各梯工作進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)度，使電梯系統(tǒng)得到最優(yōu)的運(yùn)行。 （ 5）監(jiān)測(cè)顯示功能 系統(tǒng)可以對(duì)每臺(tái)梯的現(xiàn)行位置、運(yùn)行方向、載重、速度、梯內(nèi)呼叫信號(hào) !響應(yīng)情況等信息以及對(duì)每個(gè)乘客廳外呼叫信號(hào)的派梯結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，且在主界面上顯示。 （ 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(wèn)題僅僅依靠數(shù)學(xué)描述來(lái)實(shí)現(xiàn)是不夠的，還需要采用對(duì)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)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)。 電梯群控系統(tǒng)的目的在于對(duì)多臺(tái)電梯進(jìn)行調(diào)度，給出調(diào)度的基本規(guī) 則。首先要分析電梯群控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，然后針對(duì)這些特性確定調(diào)度規(guī)則，采取有效的控制辦法對(duì)其進(jìn)行控制。電梯群控系統(tǒng)的特點(diǎn)包括：不確定性、多目標(biāo)性、擾動(dòng)性、非線性以及信息的不完備性。 （ 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。 廳呼的位置不確定。 建筑物內(nèi)與環(huán)境因素有關(guān)的、變化的交通狀況是不確定的。 這些不確定因素給電梯群控系統(tǒng)確定交通模式，預(yù)測(cè)轎廂到達(dá)目的層時(shí)間造成極大困難，使系統(tǒng)不能對(duì)某一特定狀況給出最優(yōu)控制。 （ 2）多目標(biāo)性 平均候梯時(shí)間要求短 乘客的候梯時(shí)間：從乘客 按下層站呼梯按鈕開(kāi)始，到所派電梯到達(dá)此層時(shí)乘客進(jìn)入轎廂所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。平均候梯時(shí)間是指所有候梯時(shí)間的平均值，它是評(píng)價(jià)電梯群控系統(tǒng)重要的性能指標(biāo)。 平均乘梯時(shí)間要求短 平均乘梯時(shí)間是指從乘客進(jìn)入電梯到乘客離開(kāi)電梯所經(jīng)過(guò)配對(duì)間的平均值。統(tǒng)計(jì)表明，乘客的煩躁程度是與乘梯時(shí)間成正比的，如果乘客的乘梯時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)造成乘客的煩躁不安，所以乘客的乘梯時(shí)間需要保持在一定的范圍內(nèi)。 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。對(duì)于電梯而言，電梯全速運(yùn)行時(shí)所消耗的電能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于加速和減速時(shí)所消耗的電能。電梯?？康拇?數(shù)越多，消耗的電能就越大。對(duì)電梯群控系統(tǒng)而言 ,電梯的型號(hào)一經(jīng)確認(rèn)，單臺(tái)電梯起停時(shí)所消耗的電能就能確定，所以電梯群控系統(tǒng)要合理的安排和調(diào)度電梯群對(duì)呼梯信號(hào)的響應(yīng)，盡量減少電梯群總體的起停次數(shù)，提高電梯的總體利用率，減少空載和少載運(yùn)行。 長(zhǎng)候梯率要求小 長(zhǎng)候梯率是指乘客候梯時(shí)間超過(guò) 1 分鐘的發(fā)生比率。統(tǒng)計(jì)表明，乘客的心理煩躁程度與候梯時(shí)間的平方成正比。當(dāng)乘客的候梯時(shí)間超過(guò) 1 分鐘，其心理煩躁程度會(huì)急劇上升，所以應(yīng)盡量減少長(zhǎng)候梯的發(fā)生。 轎廂內(nèi)擁擠度要求低 轎廂內(nèi)擁擠度給乘客所帶來(lái)的不便是顯而易見(jiàn)的。一般以轎廂內(nèi)乘客 數(shù)占轎廂額定載重量的百分比來(lái)衡量。 （ 3）擾動(dòng)性 2 電梯及其群控技術(shù) 化工學(xué)院學(xué)院化工機(jī)械 7 電梯群控系統(tǒng)還不可避免的具有不確定的隨機(jī)干擾，如： 乘客可能錯(cuò)誤的造成轎廂門(mén)不能關(guān)閉而干擾系統(tǒng)正常運(yùn)行 ； 乘客可能登記了錯(cuò)誤的目的層而造成了不必要的停站 ； 乘客可能登記了錯(cuò)誤的廳外呼叫而造成了不必要的停站。 （ 4）非線性 電梯交通系統(tǒng)存在著非線性： 轎廂對(duì)同一呼梯，在不同的時(shí)間標(biāo)度下，分配是不同的，其變化是不連續(xù)的 ； 轎廂容量是有限的，當(dāng)轎廂容量達(dá)到飽和點(diǎn)時(shí)，轎廂會(huì)不停而過(guò) ； 所能分配的轎廂數(shù)目有限，受系統(tǒng)所有轎廂數(shù)目的限制 ； 對(duì)于所有層站的呼梯最小候梯時(shí)間 的設(shè)定而言，考慮最短的時(shí)間尺度和較長(zhǎng)的時(shí)間尺度是不同的。 （ 5）信息的不完備性 電梯群控系統(tǒng)存在大量的不完整、不準(zhǔn)確信息： 乘客進(jìn)入轎廂前，其目的層是不可知的。這對(duì)乘客乘梯時(shí)間的預(yù)測(cè)，對(duì)其他乘客候梯時(shí)間和乘梯時(shí)間的影響的預(yù)測(cè)難以實(shí)施。 乘客進(jìn)出轎廂的時(shí)間因個(gè)體的差異而不同，同樣不能準(zhǔn)確獲得。 電梯轎廂中乘客的人數(shù)不能準(zhǔn)確的獲得，雖然轎廂的底部裝有稱重裝置，但是由于人的個(gè)體體重差異較大而不能獲得轎廂內(nèi)乘客人數(shù)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。這會(huì)導(dǎo)致對(duì)轎廂內(nèi)擁擠度和對(duì)乘客候梯時(shí)間的預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確，增加系統(tǒng)控制的難點(diǎn)。 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(dòng)性和信息的不完備性，說(shuō)明電梯群控系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 目 錄 化工學(xué)院學(xué)院化工機(jī)械 9 3 模糊控制 模糊控制發(fā)展?fàn)顩r 模糊控制是智能控制的重要組成部分之一。它是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制方法。它突破了人類固有的二值邏輯，不需要根據(jù)機(jī)理與分析建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，而是力圖將人們關(guān)于某個(gè)問(wèn)題的成功與失敗的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行加工，總結(jié)出知識(shí)，從中提煉出用自然語(yǔ)言來(lái)表達(dá)控制系統(tǒng)的行為規(guī)則，更加接近于人的思維方法和推理習(xí)慣；它不僅能夠處理精確的信息， 而且能夠處理模糊的信息或其他不明確性信息。自從 Zadeh 在 1965 年提出描述不確定性和語(yǔ)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(wèn)題上，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)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。之后經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展，模糊控制已經(jīng)成為智能控制理論和應(yīng)用研究中最活躍和豐富的分支?，F(xiàn)在人們已經(jīng)研制成功各種各樣的模糊控制系統(tǒng)。例如汽車控制系統(tǒng)、電梯升降機(jī)控制系統(tǒng)、交通燈指揮控制系統(tǒng)。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。目前模糊控制理論作為 90 年代的高新技術(shù)，正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，被公認(rèn)為簡(jiǎn)單而有效的控制技術(shù)。模糊控制一般具有以下特點(diǎn)： （ 1）模糊工程的計(jì)算方法雖然是運(yùn)用模糊集合理論進(jìn)行的模糊算法，但最后得到的是確定性的 !定量的條件語(yǔ)句。 （ 2）不需要根據(jù)機(jī)理與分析建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，對(duì)于某些系統(tǒng) ,要建立數(shù)學(xué)模型是很困難的，甚至是不可能的。 （ 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(yǔ)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(chǎng)操作人員的理解和使用，便于人機(jī)對(duì)話，以得到更有效的控制規(guī)律。 （ 4）模糊控制與計(jì)算機(jī)聯(lián)系密切。從控制角度看，它實(shí)際上是一個(gè)有很多條件語(yǔ)句組成的軟件控制器。目前，模糊控制是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，模糊規(guī)律經(jīng)過(guò)運(yùn)算，最后進(jìn)行確定性的控制。 我國(guó)模糊控制理論及其應(yīng)用方面的研究工作最早見(jiàn)于 1979 年， 1981 年成立了中國(guó)模糊系統(tǒng)和模糊數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)。我國(guó)在模糊控制理論的研究方面，大多是在高校和研究所中開(kāi)展，主要是大量的理論研究和仿真試驗(yàn)研究。雖然發(fā)展很快，同國(guó)外先進(jìn)國(guó)家相比，還有很大的差距，尤其是其實(shí)際應(yīng)用方面。我國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)有廠家研制出基于模糊控制的家電產(chǎn)品上市， 例如電飯煲，洗衣機(jī)等，但是在工業(yè)控制中，特別是大規(guī)模工業(yè)控制中，成功應(yīng)用的例子仍很少見(jiàn)，因而進(jìn)一步加強(qiáng)這方面的研究是十分有必要的。 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。模糊控制器是模糊控制的核心。它是基于模糊條件語(yǔ)句描述的語(yǔ)言控制規(guī)則，所以又稱為模糊語(yǔ)言控制器。模糊控制器的構(gòu)成原理如圖 31 所示。 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。模糊控制器的設(shè)計(jì)包含以下幾項(xiàng)內(nèi)容四： （ 1）根據(jù)系統(tǒng)需求，選擇合適的輸入輸出變量； （ 2）設(shè)計(jì)模糊控制器的控制規(guī)則； （ 3）確立模糊化和去模糊化的方法； （ 4）選擇模糊控制器的輸入變量和輸出變量的論域，并確定模糊控制器的參數(shù)； （ 5）編制模糊控制算法的應(yīng)用程序； （ 6）合理選擇模糊控制算法的采樣時(shí)間 。 電梯群控系統(tǒng)就是在滿足乘客候梯時(shí)間最小、乘梯時(shí) 間最小的前提下，將系統(tǒng)能耗降到最低。這首先就決定了群控系統(tǒng)的多目標(biāo)性。電梯系統(tǒng)多個(gè)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(duì)各呼梯信號(hào)的合理指派。選擇低能耗、高效率的電梯會(huì)使電梯系統(tǒng)的能耗降低，但電梯一旦被建筑師所選定，電梯系統(tǒng)能耗的降低就主要依賴派梯系統(tǒng)的合理調(diào)度。同樣，其它控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)也依賴于派梯系統(tǒng)的合理派梯。 電梯群控系統(tǒng)是一個(gè)多目標(biāo)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，控制目標(biāo)多，而且各目標(biāo)之間相互關(guān)聯(lián)，相互沖突。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō) ,轎廂的擁擠度大，可以使平均候梯時(shí)間降低，但因?yàn)橥？?多，則會(huì)使乘梯時(shí)間變長(zhǎng)；電梯系統(tǒng)能耗低，會(huì)使平均侯梯時(shí)間和長(zhǎng)侯梯率增大。傳統(tǒng)上一般都是用綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行輸入量 1 模糊量化處理 模糊控制規(guī)則 模糊推理（決策） 去模糊化處理 輸出 輸入量 n 3模糊控制 化工學(xué)院學(xué)院化工機(jī)械 11 派梯，綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)雖然在電梯群控中取得很大成就，但具有不可克服的缺點(diǎn) 。 評(píng)價(jià)系統(tǒng)直接計(jì)算系統(tǒng)的控制指標(biāo)，由于存在大量不確定因素和不準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，使控制目標(biāo)的計(jì)算不準(zhǔn)確，計(jì)算誤差直接反映在計(jì)算結(jié)果中，影響系統(tǒng)的控制性能。 評(píng)價(jià)系統(tǒng)難以考慮控制目標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性，不能正確反映各計(jì)算指標(biāo)和系統(tǒng)整體控制目標(biāo)的關(guān)系。 （ 3）對(duì)部分評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)的性能。 （ 4）沒(méi)有考慮一些必要的控制標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)的評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)系統(tǒng)綜合性能的評(píng)價(jià)不夠完全，僅依據(jù)部分控制指標(biāo)調(diào)度電梯，系統(tǒng)的綜合性能仍然存在很大的不足。 模糊派梯系統(tǒng)出現(xiàn)以后，解決了很多傳統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)所不能解決的問(wèn)題。 （ 1）電梯群控系統(tǒng)中存在著大量的不確定性、非線性、擾動(dòng)性和不準(zhǔn)確性因素，這使得派梯系統(tǒng)不能獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，在獲得的數(shù)據(jù)中摻雜著各種擾動(dòng)信號(hào)。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。 （ 2）電梯群控系統(tǒng)不能建立解析的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述系 統(tǒng)的特性，不能用傳統(tǒng)的控制理論進(jìn)行控制。但是人們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中總結(jié)了大量的經(jīng)驗(yàn)和專門(mén)知識(shí)，這些經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)可以用規(guī)則進(jìn)行描述，用以控制電梯系統(tǒng)。模糊控制技術(shù)恰恰能利用控制規(guī)則，模擬人腦的推理過(guò)程，進(jìn)行綜合推理，實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯群控系統(tǒng)的優(yōu)化控制。 （ 3）模糊控制通過(guò)對(duì)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(duì)系統(tǒng)的影響。通過(guò)模糊控制規(guī)則的建立可以綜合考慮各變量及控制目標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)以及各計(jì)算指標(biāo)同系統(tǒng)整體控制目標(biāo)之間的關(guān)系。 由以上分析可以充分說(shuō)明將模糊控制應(yīng)用到電梯群控中的可行性和必要性。 本章主 要介紹了模糊控制的發(fā)展概況和基本原理。并對(duì)一般模糊控制器設(shè)計(jì)的步驟進(jìn)行了總結(jié)，而且對(duì)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)。目 錄 化工學(xué)院學(xué)院化工機(jī)械 13 4基于模糊控制技術(shù)的電梯調(diào)度方法 模糊電梯群控系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程如圖 41 所示，乘客到達(dá)廳層按下呼梯按鈕產(chǎn)生呼梯信號(hào)，生成的呼梯信號(hào)將被記錄到層站呼梯信號(hào)列表中。群控系統(tǒng)時(shí)時(shí)掃描層站呼梯信號(hào)列表，當(dāng)發(fā)現(xiàn)新的呼梯信號(hào)后，模糊派梯調(diào)度模塊首先會(huì)接收新產(chǎn)生的呼梯信號(hào)，并從電梯狀態(tài)信息模塊中 調(diào)取各臺(tái)電梯的位置、內(nèi)選信號(hào) 、 轎廂的剩余容量、當(dāng)前運(yùn)行方向信息 。 隨后模糊派梯調(diào)度模塊將會(huì)對(duì)這些信息通過(guò)一定的規(guī)則加以分析處理；最后會(huì)根據(jù)分析結(jié)果得到一個(gè)派梯信號(hào)，指派一臺(tái)電梯去應(yīng)答剛才產(chǎn)生的層站呼梯信號(hào)。當(dāng)電梯運(yùn)行到目的層站后 ， 系統(tǒng)會(huì)更新層站呼梯信號(hào)列表和電梯狀態(tài)信息。 圖 41 模糊電梯群控系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程