【正文】 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。構(gòu)建了電梯調(diào)度目標(biāo)的綜合評價函數(shù)，將 減少 平均候梯時間 （ AWT） 、 減小 平均乘梯時間 （ ART） 、 減小長時間候梯率（ LWP）和減小運行能耗（ RPC）四 個重要目標(biāo)的加權(quán)平均值作為評價函數(shù)，并根據(jù)加權(quán)系數(shù)，實現(xiàn)電梯群的優(yōu)化控制；最后 提出了仿真總體設(shè)計并 應(yīng)用 matlab 仿真軟件對群控系統(tǒng)的運行情況進(jìn)行仿真 ,仿真實驗給出了本文所提出的電梯群控系統(tǒng)的性能 ,驗證了方案的可行性和有效性。 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。 analysis of the fuzzy control technique applied to the EGCS feasibility and necessity. Constructed elevator dispatching the goal of prehensive evaluation function, the average waiting time will be less, less the average riding time, less energy consumption three important goals as a weighted average of the evaluation function, and according to the weighting coefficient, to achieve optimal control of elevator group。 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 ， 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。 所謂電梯群控系統(tǒng) (EGCS)，是指將建筑物中的多部電梯根據(jù)大樓的功能及樓層人口分布狀況組成梯群 (Elevator Group)，由微機控制系統(tǒng)統(tǒng)一管理電梯群的召喚和指令信號，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的優(yōu)化目標(biāo)和建筑物中的實際交通狀況，產(chǎn)生最優(yōu)派梯決策的控制系統(tǒng)。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的實用性，因而將智能控制技術(shù)應(yīng)用到電梯群控算法中，實現(xiàn)電梯群的最優(yōu)調(diào)度。 隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，智能小區(qū)越來越多，并向高層化和大型化方向發(fā)展，對群 控電梯的服務(wù)性能提出了更高的要求。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。同時 通過 研究 合適的電梯群控調(diào)度算法來對各臺電梯進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，提高電梯的運行效率，減少乘客的候梯時間和乘梯時間，減少系統(tǒng)的能耗，提高電梯系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。的兩列剛性導(dǎo)軌之間運送乘客或貨物的固定設(shè)備。 根據(jù)電梯的用途，目前電梯的基本可分為： (1) 乘客電梯： 為運送乘客設(shè)計的電梯，要求有完善的安全設(shè)施以及一定的轎內(nèi)裝飾； (2) 載貨電梯：主要為運送貨物而設(shè)計，通常有人伴隨電梯； (3) 醫(yī)用電梯： 為運送病床、擔(dān)架、醫(yī)用車而設(shè)計的電梯，轎廂具有長而窄的特點； (4) 雜物電梯： 供圖書館、辦公樓、飯店運送圖書、文件、食品等設(shè)計的電梯 ； (5) 觀光電梯： 轎廂壁透明，供乘客觀光用的電梯； (6) 車輛電梯： 用作裝運車輛的電梯； (7) 船舶電梯： 船舶上使用的電梯； (8) 建筑施工電梯： 建筑施工與維修用的電梯； (9) 其它類型的電梯： 除上述常用電梯外，還有些特殊用途的電梯。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)用計算機，進(jìn)入現(xiàn)代電梯群控階段。發(fā)展情況如表 11 所示。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。使用繼電控制可以實現(xiàn)電梯的無司機運行，但其控青海大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計： 電梯群控系統(tǒng)模糊控制技術(shù)的研究與設(shè)計 4 化工學(xué)院學(xué)院化工機械 制的主要目標(biāo)是實現(xiàn)系統(tǒng)的順序運行，運行效率較低 ， 維護也較復(fù)雜。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。 從 1975 年計算機開始應(yīng)用于電梯群控系統(tǒng) ,就此進(jìn)入現(xiàn)代電梯群控系統(tǒng)階段。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。人工智能的出現(xiàn) ,使人們在研究方向上做出了一定的轉(zhuǎn)變， 從過去研究電梯交通系統(tǒng)的統(tǒng)計特性到如今更多地利用人工智能技術(shù)來研究電梯交通系統(tǒng)的動態(tài)特性，目的是更好地提高電梯群控系統(tǒng)的運行效率。 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。圖 21 為電梯群控系統(tǒng)的一種基本結(jié)構(gòu)框圖。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)的控制各電梯的運行。同時可以通過該系統(tǒng)對電梯群控系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置，實現(xiàn)后臺管理。電梯群控模塊是整個電梯群的調(diào)度中心。另一方面，電梯群控模塊接收用戶指令、設(shè)置參 數(shù)并根據(jù)需要增減功能，向外部輸出電梯的相關(guān)信息，供用戶查詢與監(jiān)視。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)。電梯群控系統(tǒng)派梯策略與乘客的平均候梯時間、平均乘梯時間 !、長候梯率、系統(tǒng)能耗等性能評價指標(biāo)息息相關(guān)，直接影響電梯群控系統(tǒng)的服務(wù)數(shù)量和服務(wù)質(zhì)量，因此選擇一套性能良好的電梯群控系統(tǒng)派梯策略是至關(guān)重要的。 （ 2）數(shù)據(jù)通信功能 電梯群控系統(tǒng)要實現(xiàn)對電梯運行的合理分配和優(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 ”，實現(xiàn)雙向通信，進(jìn)行信息數(shù)據(jù)和控制命令的傳輸。每個廳外呼叫信號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。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)。群控系統(tǒng)要對大廈中電梯系統(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，通過分析可以對乘客呼 叫、轎廂人數(shù)、電梯下一站響應(yīng)情形等進(jìn)行預(yù)測，然后根據(jù)一定的規(guī)則和策略對各梯工作進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)度，使電梯系統(tǒng)得到最優(yōu)的運行。 （ 6）自學(xué)習(xí)功能 青海大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計： 電梯群控系統(tǒng)模糊控制技術(shù)的研究與設(shè)計 6 化工學(xué)院學(xué)院化工機械 電梯群控問題僅僅依靠數(shù)學(xué)描述來實現(xiàn)是不夠的，還需要采用對經(jīng)驗知識進(jìn)行學(xué)習(xí)、使用和獲取的方法 ,即系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)。首先要分析電梯群控系統(tǒng)的動態(tài)特性，然后針對這些特性確定調(diào)度規(guī)則，采取有效的控制辦法對其進(jìn)行控制。 （ 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。 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。 （ 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。 平均乘梯時間要求短 平均乘梯時間是指從乘客進(jìn)入電梯到乘客離開電梯所經(jīng)過配對間的平均值。 系統(tǒng)能耗要求小 系統(tǒng)能耗主要是指電梯系統(tǒng)中電機的電能消耗。電梯?？康拇?數(shù)越多，消耗的電能就越大。 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。當(dāng)乘客的候梯時間超過 1 分鐘，其心理煩躁程度會急劇上升，所以應(yīng)盡量減少長候梯的發(fā)生。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。 （ 4）非線性 電梯交通系統(tǒng)存在著非線性： 轎廂對同一呼梯，在不同的時間標(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)到飽和點時，轎廂會不停而過 ； 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 ； 對于所有層站的呼梯最小候梯時間 的設(shè)定而言，考慮最短的時間尺度和較長的時間尺度是不同的。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)測難以實施。 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)。 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)。它是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計算機數(shù)字控制方法。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，實現(xiàn)了一臺小型蒸汽機的模糊控制，取得了良好的控制效果，標(biāo)志著模糊控制的正式誕生。現(xiàn)在人們已經(jīng)研制成功各種各樣的模糊控制系統(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。模糊控制一般具有以下特點： （ 1）模糊工程的計算方法雖然是運用模糊集合理論進(jìn)行的模糊算法，但最后得到的是確定性的 !定量的條件語句。 （ 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，便于人機對話，以得到更有效的控制規(guī)律。從控制角度看，它實際上是一個有很多條件語句組成的軟件控制器。 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。雖然發(fā)展很快，同國外先進(jìn)國家相比，還有很大的差距，尤其是其實際應(yīng)用方面。 青海大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計： 電梯群控系統(tǒng)模糊控制技術(shù)的研究與設(shè)計 10 化工學(xué)院學(xué)院化工機械 模糊控制系統(tǒng)是一種以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的計算機數(shù)字控制系統(tǒng)，與一般的計算機控制系統(tǒng)相比，模糊控制系統(tǒng)的控制器是模糊控制器。它是基于模糊條件語句描述的語言控制規(guī)則，所以又稱為模糊語言控制器。 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)計模糊控制器的一般步驟。 電梯群控系統(tǒng)就是在滿足乘客候梯時間最小、乘梯時 間最小的前提下，將系統(tǒng)能耗降到最低。電梯系統(tǒng)多個期望目標(biāo)的優(yōu)化實現(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。同樣，其它控制目標(biāo)的實現(xiàn)也依賴于派梯系統(tǒng)的合理派梯。舉個例子來說 ,轎廂的擁擠度大，可以使平均候梯時間降低，但因為?？?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。 評價系統(tǒng)直接計算系統(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)的計算不準(zhǔn)確，計算誤差直接反映在計算結(jié)果中，影響系統(tǒng)的控制性能。 （ 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。 模糊派梯系統(tǒng)出現(xiàn)以后，解決了很多傳統(tǒng)的綜合評價系統(tǒng)所不能解決的問題。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，能實現(xiàn)精確性聯(lián)想和映射。但是人們在實際應(yīng)用中總結(jié)了大量的經(jīng)驗和專門知識，這些經(jīng)驗和知識可以用規(guī)則進(jìn)行描述，用以控制電梯系統(tǒng)。 （ 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。 由以上分析可以充分說明將模糊控制應(yīng)用到電梯群控中的可行性和必要性。并對一般模糊控制器設(shè)計的步驟進(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)計奠定了基礎(chǔ)。群控系統(tǒng)時時掃描層站呼梯信號列表，當(dāng)發(fā)現(xiàn)新的呼梯信號后，模糊派梯調(diào)度模塊首先會接收新產(chǎn)生的呼梯信號，并從電梯狀態(tài)信息模塊中 調(diào)取各臺電梯的位置、內(nèi)選信號 、 轎廂的剩余容量、當(dāng)前運行方向信息 。當(dāng)電梯運行到目的層站后 ， 系統(tǒng)會更新層站呼梯信號列表和電梯狀態(tài)信息。 電梯群控系統(tǒng)對電梯的調(diào)度需要依靠一些控制原則來實現(xiàn)，常用的控制原則有減小平均候梯時間、減小平均乘梯時間和減小長時間候梯率。隨著電梯群控技術(shù)的