1、苏州大学硕士学位论文基于模糊控制的电梯群控算法研究姓名：王春彦申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：刘文杰20090501基于模糊控制的电梯群控算法研究中文摘要中文摘要随着高层建筑的不断发展，人们对电梯服务质量提出越来越高的要求，单台电梯往往不能满足建筑物内的交通需要。为了缩短人们的候梯时间，减少能量损耗，需要合理安装多台电梯并进行集中统一的控制，这种多台电梯的优化调度系统就是电梯群控系统（）。电梯群控的难点和重点在于电梯交通客流的随机性以及电梯群控系统的多目标性、不确定性、非线性、扰动性和信息的不完备性，因而无法建立被控 对象的精确模型，无法很好地采用传统控制方法解决这些问题。
2、模糊控制技术在解决非线性、不确定性问题上具有很大的优势。它不需要建立所求解问题的精确数学模型，而是模仿人脑的推理能力，可以使许多复杂问题简化。所以将模糊控制技术应用到电梯群控中，就电梯群控系统的关键问题，包括乘客交通流模式的识别以及电梯群控的调度算法，展开研究，必将对我国电梯群控技术的学术研究和工程应用产生积极的推动作用论文简要介绍了电梯群控系统的运行特性，国内外现状及存在问题；分析了将模糊控制技术应用到电梯群控调度算法中的必要性和可行性；详细剖析了描述客流特征的交通变量，通 过聚类分析法对交通模式进行分类识别，并提出将大楼交通构成及客流交通强度作为交通模式模糊推理的输入变量，建立了识别客流交
3、通模式的规则库；在此基础上，构建了新的、更加合理评价电梯调度目标的综合评价函数，将平均候梯时间少、乘客 满意度高、能耗少、长时间候梯率低四个重要目标的加权平均值作为评价函数，并根据不同的交通模式调整加权系数，实现不同交通模式下电梯群的优化控制；对该四个控制目标的模糊推理的具体实现，包括新的输入变量选取、变量计算、变量的模糊化及各目标模糊推理规则库的建立，进行了详细的分析研究。最后，采用对设计的群控进行仿真，仿真 结果证明，同传统的控制系统相比，基于模糊控制技术的电梯群控系统的平均乘梯时间、平均候梯时间、长时间候梯率以及电梯能耗都有了明显的降低，充分说明了基于模糊控制技术的群控算法的有效性和可行
4、性。关键词：模糊控制，电梯群控，交通模式识别，模糊聚 类分析， 综合评价函数作者：王春彦指导老师：刘文杰基于模糊控制的电梯群控算法研究英文摘要，：，：苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明学位论文独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。研究生耸名：圣盘毛日期：超鲤：丝生。粤学位论文使用授权声明苏州大学、中国科学技
5、术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文夕，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权苏州大学学位办办理。研究生签名：耋盘耄日期：丝垒量孕导师签名：甚卜选日 期：堂墨毕基于模糊控制的电梯群控算法研究第一章引言第一章引言帚一早与百选题背景高层建筑特别是智能建筑的发展，正在向超大型、超高型、功能多样性方向发展，建筑面积已从几万平方米，增加到十几万甚至几十万平方米，楼层也
6、由原先的几层、十几层发展为几十层、甚至几百层；功能也由过去的单一功能变为集商贸、证券、娱乐、酒店、公寓和写字楼于一体的综合性大厦。大厦中大量人流、物流的垂直输送将是一个突出的问题，单台电梯显然并不能应付全部的客流，因此多台电梯并排设置就成为必然；一座摩天大楼往往需要几台、十几台甚至几十台、几百台电梯来服务，例如被毁前的纽约世界贸易大厦高米，共层，有客用电梯台，另配有客货两用电梯台，大楼每天出入万人次【】。上海浦东的金茂大厦有 层，建筑面积万平方米，有电梯台，自动扶梯台。同时，随着智能建筑的 发展和社会的进步，人们对电 梯也提出了越来越高的要求。对电梯要求已从简单的响应楼层、轿箱召唤，发展 为能
7、耗尽量少、候梯时间尽量短、乘梯 时间尽量短、 长时间候梯率低、轿箱舒适度高等多个要求。如何对多台电梯进行有效的调度管理，提高电梯服务的效率和质量是人们不得不面对的一个重要课题。虽然单纯依靠提高电梯速度、增加电梯数量，可以在一定程度上提高电梯的运送能力和服务质量，但提高电梯运送能力和服务质量的关键在于电梯群的调度，即根据轿箱内的人数、上下方向的停靠次数、层站召唤以及电梯轿箱所处的位置等情况，合理地选择电梯的最优调度方案来运送客流。为了解决这个问题，美国两大电梯制造公司电梯公司和西屋电梯制造公司研究出一种新的电梯控制技术即电梯群控（）方式，并于年首次在联合国大厦安装使用了由继电器逻辑控制为主组成的
8、电梯群控系统，大大提高了电梯的运行效率和服务质量。电梯群控系统（，简称）是在建筑物内控制三部或三部以上电梯，实现电 梯群的优化调度，有效运送乘客、改善服务质量的系统【 】。随着计算机技术的快速发展， 计算机越来越广泛地应用在电梯的群控管理中，传统的继电器电梯群控系统被采用计算机技术的新型电梯群控系统所取代，它通过分析建筑物、电梯和乘客交通流状况，调用储存在计算机内的群控算法来实现对电梯群的最优调度。由于第一章引言基于模糊控制的电梯群控算法研究电梯群控系统具有多目标性、不确定性、非 线性、 扰动性以及信息的不完备性等特点无法建立其控制对象的精确数学模型，这也正是无法将传统控制技术很好地应用在电梯
9、群控中的根本原因近年来，智能控制技术发展十分迅速，它在处理复杂性、不确定性问题时具有较强的实用性，因而将智能控制技术应用到电梯群控算法中实现电梯群的最优调度， 这既是电梯群控研究的热点，也是难点和重点电梯群控的起源与发展。电梯的控制方式自年月美困电梯公司研制出第一台真正的电梯】（以前的为升降机，以非电力为动力）以来，经过多年的发展，电梯的控制方式有以下几种（）司机控制方式这种方式由司机控制电梯的起动、运行和停止（）简易自动控制方式这种控制方式是一种最简单的自动方式，用于客梯、货梯和病床梯上层站呼按钮只有一个，上行与下行通用轿厢由层站呼梯按钮和轿厢内选层按钮来启动运行，最后停靠在内选或呼梯的那一
10、层，在执行某个呼梯指令运行中的轿厢不应答其他呼梯信号（）集选控制方式这是一种比简易自动式更高级的控制方式在这种控制方式中，中间层站上设有上下两个方向的呼梯按钮以供选择，电梯能够同时记住数个轿内选层和层站呼梯信号轿厢应答起 动运行在顺向运行中，依次 应答顺向的呼梯，在呼梯 层站停靠如果运行前方不再有呼梯，轿向就自动反向运行，依次回答反向呼梯，最后回到基站（）电梯群控方式电梯群控方式就是将多台电梯组成一组，共用一组信号装置，根据大楼交通的变化情况对各台 电梯进行协调控制，采用最 优的输送方式电梯群控的起源电梯由司机操纵运行很不经济，为解决这一问题，最初在住宅楼和旅馆里采用了简易自动式控制方式可是这
11、种方式不能同时记忆多个呼梯信号，使用起来很不方便以后出现了集选控制，它能记忆下所有的呼梯信号，并在轿厢前进的方向上根据呼梯基于模糊控制的电梯群控算法研究第一章引言顺序停靠但是在建筑物内，单台电梯常常是不能应付全部客流的，因此需要并排设置几台电梯， 这样便产生了电梯相互连接的问题。某个建筑物内设置有多台并列的独自操作的电梯，由于人 们往往会同时按下几台电梯的层站呼梯按钮，因此会使两个轿厢去应答同一呼梯信号，电梯不能有效地工作。多台电梯不能互相协同，造成很多的空载运行和不必要的停站，且在频繁的需求下会造成轿厢聚集现象。因此，安装在一起的多台电梯的合理使用要求单台电梯的控制系统相互联动，且有自动监控
12、系统。于是出现了用集选控制方式控制的并列两台电梯的联动控制方式。但是，在大型的办公楼里，上班时 的上行乘客、午饭时的上下行乘客、下班 时的下行乘客非常多， 轿厢需要频繁地往返运行，这时就显示了这种方式的不足之处，它不能适应这种客流量的剧烈的变化规律， 难以克服轿厢的频繁往返，也无法改善在某段时间内必然出现的长候梯现象。显然 单靠增加电梯的荷载、速度、台数仍然不能改善这种现象。因此，关 键问题在于这群电梯的协调调度，要根据轿厢内的人数，上下方向的停站数，层站及轿内呼梯以及轿厢所在位置等因素，来分析实时客流的变化情况，自动选择最适宜于客流情况的输送方式。 为解决这个问题，二十世 纪四十年代，美国两
13、大电梯制造公司奥梯斯电梯公司和西屋电机公司研究出一种新的电梯控制方式，即电梯群控方式。它能根据客流情况的变化，高效率地对所有各层进行充分的服务。一经推出，这种控制方式的电梯需求量迅速增加，在为办公楼提供的电梯中，群控电梯年占，到年上升至。实践证明，对于办公楼等大型高层建筑，采用群控电梯，将使电梯交通系统服务质量大为改善，一般可时输送能力提高一。由于实现自动调度和各层均等服务，使得长候梯时间大为缩短，一般可减少。【】乘客的候梯心理烦躁程度是与候梯时间的平方成正比的，当侯梯时间超过秒即所谓长侯梯时，其心理烦 躁程度急剧上升，采用群控系 统将使这种情况大为改善，这是单纯依靠增加电梯台数和梯速所不易做
14、到的。电梯群控技术的发展电梯群控系统自二十世纪四十年代至今己经发展了几代，其发展情况见图。第一牵引亩基于模糊控制的电梯群控算法研究利用计算机利用人工智能全面评价系统电梯群控监最佳候梯时控系统闻空制使用集成电路自动横式选择系统（继电器顺序控制）年份分配系统区域分配系统呼梯分配系统控制系统时间间隔控制候梯时间预测控制具有学习功能的预测控制预告系统轿厢到达立即报告轿厢到达立即预告图群控电梯系统的沿革如图所示，电梯群控系统的最初阶段的器件是继电器，接着集成电路的应用使系统更加完善，直到现在发展成为应用计算机的现代电梯群控阶段年前电梯群控系统的最初阶段使用的是继电器顺序控制，这一系统也称为自动模式选择系
15、统，它根据特定时间段内的交通模式选择与之对应的运行方式交通模式分为上行高峰期、下行高峰期、非高峰期等控制方式采用时间间隔控制时间间隔控制是指：为使梯群中的轿厢沿井道高度均匀分布，特别是在繁忙的交通需要期间，电梯群控系统以适当的时间间隔从端站楼层发出轿厢，使轿厢在端站楼层之间象公共汽车一样运行，群控系统从响应需求分配轿厢的意义上说，不依赖层站呼梯信号而工作，而是按照程序从端站楼层分派轿厢 这种控制方式的缺点是：轿厢在端站需要花费相当多的时间等待分配间隔周期，停在顶端端站常常是无用的，而且轿箱在等待分配时闲置着另外，轿厢 也频繁地在端站楼层间进行无目的的运行，且在交通轻时过多地运行 轿厢分派方式为
16、区间分派方式 这种系统的缺点是硬件复杂，可靠性低，维修困难，效率低，不能 进行较复杂的逻辑推理基于模糊控制的电梯群控算法研究第一章引言电梯群控系统的第二阶段是年至年，在硬件上应用了集成电路，使系统结构简化，使群控系统与单台电梯控制装置的联接简化，大大提高系统的可靠性，简化了硬件的复杂性，它可以进行所必需的较为复杂的逻辑运算。这一时期使用新的派梯方式，即呼梯派梯方式，即针对每一个具体的呼梯信号派梯，当一个层站呼梯信号登记后，系 统就会根据交通情况和各轿厢的状态，选择一部轿厢为之服务。这一派梯方式成为以后各代群控系统的派梯方式。控制方式是侯梯时间控制，即根据各轿厢对呼梯信号的响应时间来决定分派那一
17、轿厢为此呼梯信号服务。但是，这一系统对于预测候梯时间所必需的较复杂的数值计算还不完善。自从年，计算机开始应用于电梯群控系统中，进入现代电梯群控阶段。在此之前的两个阶段，主要应用数理统计的方法来进行研究电梯群控的特性，称之为统计特性。自从 计算机应用于群控系统中后，开始研究系统的动态特性，即指用模糊逻辑、专家系统 和人工神经网络等人工智能技术来描述电梯群控系统的非线性、不确定性、模糊性和扰动性，从而提高电梯群控系统的整体服务性能，完成电梯交通整体最优配置。计算机 应用于电梯群控系统中，完全 发挥了计算机所具有的进行复杂的数值计算，逻辑推理和数据 记录的能力，极大 满足了电梯群控系统中复杂的数值计
18、算和逻辑推理的要求。计算机控制能直接完成控制算法参数的在线修改，通过将新程序输入计算机，并且不需要重新布线，能很快 实现控制算法的完全改变。一套有效的仿真程序能在安装好的系统上离线计算，有利于选择合理的参数。仿真技术也可以离线评价一种新的算法，这大大增加了改变控制算法的方便。计算机控制的另一个优点是其数据记录功能。在 计算机中能记录和分析交通状况和目的地数据，记录和分析轿厢的运行和电梯系统的整体性能、门关闭时间、故障部位检测记录数据的保存等。可以实现这些数据的远距离查询，并实时监测任何故障的发生。根据这些数据可以改进控制算法参数，实时 适应建筑物的需求。计算机的应用也为人工智能技术等高技术在电
19、梯群控系统中的应用提供了硬件基础。现代电梯群控系统的最初一代是年至年，这一代电梯群控系统，电梯到达楼层的预报准确度有了提高，但长候梯时间的发生率很高，需要解决。控制方式是候梯时间预测控制。现代电梯群控系统的第二代是年至年，这一代群控系统取得较大发展。一是系统中加入了对交通需求的学习功能。这一功能提高了对电梯群运行状态预报的第一窜引言基于模糊控制的电梯群控算法研究准确率，减小了长候梯发生率 预报准确度的提高，使 为层站呼梯倌号源梯后，立即显示所派电梯这一功能实用化二是这一代群控系统在派梯中使用了综合评价系统当呼梯信号发生后， 电梯群控系统根据交通情况和梯群的状态，对每个轿厢的多个性能指标进行综合
20、评价，从中选出最合适的轿厢去响应呼梯信号这些评价指标有：候梯时间、长候梯 时间发生率，预报准确性等这一综合评价系统极大减少了乘客平均候梯时间、长 候梯时间发生率等 这主要归功于对交通需要的学习功能和综合指标评价系统随着智能建筑的兴起和对电梯群控系统的要求的提高，人工智能技术开始应用于电梯群控系统中，使 电梯群控系统进入到现代群控系统的第三阶段（年至今）年棚桥澈等人研制出带有模糊控制的人工智能的电梯群控系统系列，平均侯梯时间比常规群控系统减少。年，等人首次将人工神经网络技术引入电梯群控系统中接着日本东芝公司开发使用人工神经网络的电梯群控装置，以适应建筑物交通条件变化，表明带有人工神经网络的电梯群
21、控系统已经进入实用化阶段人工智能技术作为二十世纪的新兴技术，已经在各个领域取得显著成就，对解决复 杂系统的控制问题比传统的控制方法有着无法比拟的优点这一阶段的电梯群控系统的智能化程度进一步提高，系统更趋完普仍在进一步发展之中人工智能技术在电梯群控系统中的应用现状人工智能技术作为二十世纪新兴学科和技术，对解决复杂控制系统的控制问题比传统的控制理论有着无法比拟的优点。己经应用于各个领域并取得显著成就自从年日本率先在电梯群控系统中应用人工智能技术以来，人工智能技术成为现代电梯群控系统的主要技术专家系统在电梯群控系统中的应用电梯群控系统是一个复杂的具有大量不确定和不完整信息的复杂的非线性系统，难以建立
22、解析的数学模型对此领域专家的经验和知识对系统的控制非常重要专家系统主要研究用于处理复杂系统工程技术问题的知识表示、使用和获取的方法，依靠经验的、尚未形成科学体系的领域专家知识对系统进行控制专家系统在电梯群控中的应用始于世纪年代专家系统通过使用标准的程序包，设置原始型电子数据表格，模拟输入交通量。其基于模糊控制的电梯群控算法研究第一章引言结果被动态地连接到仿真器上，以显示轿厢的运动，并由连接到交通传感系统的专家系统不断地计算以调整优化轿厢运动专家知识用“形式规则归纳成基本规则，“”部分用于产生式规则的推理部分，模糊条件作为模糊规则加以存储系统由群控规则处理分析部分、群控管理实施及系统存储器组成。
23、模糊控制技术在电梯群控中的应用模糊控制技术在电梯控制系统中的应用显示了高度的优越性，因为电梯群控系统中存在着大量的模糊信息，模糊逻辑是一种在数学和逻辑上用来处理带有模糊不清边界对象和问题的理论，他能模仿人脑的推理能力，能够简化许多复杂问题。电梯群控系统中模糊逻辑的应用主要有以下几个方面模糊推理根据专家制定的模糊 规则进行推理，选出响应层站呼梯信号的最佳轿厢；模糊预测对电 梯状态进 行预测，从而选出最佳运行方案；交通模式识别根据客流密度、进出人数、层间客流情况进行交通模式识别；与神经网 络结合组成模糊神 经网络；在监视 系统 中的图像理解和处理中使用模糊技术来确定乘客人数；根据轿厢 底部重量传
24、感器所示重量，使用模糊技术确定轿厢内乘客。带有模糊逻辑的电梯群控系统（例如系列），编制了最新呼梯分配方法，引入了由高度运行效率的新系统，平均侯梯时间减少，超过分 钟的长侯梯率减，大大优于常规电梯群控系统。电梯公司开发了具有模糊逻辑的电梯配置系统，把最小侯梯时间和减少长侯梯时间作为多目标最优化问题的目标变量，并建立五种模糊逻辑模式，从而减少了 长侯梯时间。人工神经网络在电梯群控系统中的应用神经网络具有非线性、非局限性及动态性的特点和较强的学习功能年神经网络技术开始引进电梯群控系统寺申经网络在电梯群控系统中的应用主要有两方面：建筑物交通模式的识别和电梯调度策略优化。一、神经网络 用于群控交通模式识
25、别）将特定建筑物若干天的交通数据存储起来，从中提取特征数据系统以一定的采样周期采集信息作为样本，对一个指定的周期使用特征数据重复地训练神经网络，直到满足收敛条件；第一章引育基于模糊控制的电梯群控算法研究）在实施范围内，借助于最新编制的神经网络识别 出交通模式）根据识别出的交通模式实现相应的有效操作，选出最佳派梯方案通 过输入数据的不断训练学习，获得对新交通条件的适应能力，应用最小候梯时间的性能判据，选择合适的交通模式，使系统选择最佳的层站呼叫分配算法二、应用效果利用神经网络能够确定种共同的交通模式：）上行高峰）下行高峰；）脱离高峰）单程运行；）双程运行存在的问题是：神经网络是一种黑箱式结构，全
26、局优化逼近能力受到制约由于神经网络实施的前提是将某些类型的神经网络储存起来，以实时采集到的交通数据为基础，所以会出 现重复学习的过程另外 电梯系统是多状态的，为得到最优的输入输出映射，使用单纯的神经网络会使其结构相当庞大，网络的离线和在线学习时间都会较长，使控制部分的收敛性变差，同 时网络结构的合理改变难以验证三、模糊神经 网络用于派梯过程糊神经网络（卧）是将神经网络与模糊逻辑二者有机结合，采用神经网络技术进行模糊信息处理。使得模糊规则的自动提取及模糊隶属函数的自动生成成为可能，进而克服神经网络结构难以确定以及模糊逻辑无自学习功能的缺点，使模糊系统成为一种自适应系统模糊神 经网络的建立和使用步
27、骤如下）利用专家知识概略地形成模糊模型）基于这一模糊模型构成模糊神经网络）练神经网络，采集特定的交通数据作为样本，采用相应算法进行学习，调整神经网络必要的权值。以得到优化的模糊规，）网络的应用网络的输入数据是在统计数据和实时数据的基础上进行预测得到的，这就要求实时地采集数据，周期性地统计和存诸数据 预测到神经网络的输入后。经过网络的计算在较精确地识别出交通模式之后，对不同的模式采取适合其特点的相应控制算法。选出派梯方案四、应用效果模糊神经网络的应用，使得自动适应各种不同的交通条件成为可能，乘客候梯时间可以保持在较小的数值借助于模糊推理的数据整理分析使得针对交通量的变化毫基于模糊控制的电梯群控算
28、法研究第一章引言具有较好的鲁棒性。另一方面，神 经网络的自学习能力使得系统适应于长期间内的交通量变化，系 统能够适应建筑物内的各种条件变化。与模糊控制相比平均候梯时间减少了，长候梯率减少了，并有效地控制了扎堆现象【】。课题提出与研究内容本文的主要内容与成果如下：第一，对本课题所研究的对象一电梯群控系统进行概述，指出电梯群控系统的一般实现方法，常 规评价指标以及人工智能的梯群监控系统的应用第二，研究了模糊控制理论的结构及模糊推理的过程，提出了将模糊控制方法应用在电梯群控系统中，指出了模糊控制方法在电梯群控系统中的三种应用。第三，对群控电梯的各个特性进行了综合分析，并根据乘客的交通特征进行分类，提
29、出了运用模糊聚类分析法对交通数据进行分析并分类，然后依据专家知识将交通数据分为几种交通模式，对当前呼厅信号进行模式识别，建立相应的模糊规则，构造模糊推理结构框图。第四，对控制目 标进行分析，并确定了主要的控制评价指标，在原有的评价指标的基础上，创 造性的提出了电梯内乘客满意度（）这一评价指标，将乘客乘梯 时间、拥挤度和停站次数等影响到乘客是否满意的因素充分考虑在内；并在此基础上构建了平均等待时间（）、长待梯率（）、能源消耗（）和电梯内乘客满意度（）四个评价指标的满意度函数。第五，厅层召 唤的分配是电梯群控系统最重要的也是本文重点研究的部分。关于满意度函数的计算，根据不同交通模式确定不同的加权系
30、数，给出总的满意度函数的模糊推理结构，在理论上已经构造了很好的框架。第六，对本文 设计的模糊派梯系统进行了简单的仿真实验，数据表明，该派梯系统优于以往的控制系统。第二章电梯群控系统基于模糊控制的电梯群控算法研究第二章电梯群控系统电梯的起源与发展首次使用的乘客电梯出现于世纪年代后期年，公司在纽约成功安装了一台直接连接式升降机这是以直流电动机为动力的世界上第一台电力驱动升降机。从此诞生了名副其实的乘客电梯。 电梯驱动控制技术的发展经历了直流电机驱动控制、交流 单速电机驱动控制、交流双速 电机驱动控制、直流有齿轮、无 齿轮调速驱动控制、交流 调压调速驱动控制、交流 变压变频调速驱动控制以及交流永磁同
31、步电机变频调速驱动控制等阶段【们随着第一个半自动化电梯控制器在世 纪年代的使用，原始的服 务员执守工作方式已减少为一个开关门的操作直到年。由电力机械继电器系统组成的全自动电梯控制器的应用取消了服务员执守到世纪年代。基于微处理器的电梯控制器得到广泛应用，使得更为复杂的调度算法的实施成为可能，由此产生了电梯群控的概念电梯操纵控制方式经历了手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制等过程。对于多台电梯则出现了并联控制、智能群控等随着智能控制技术在电梯群控系统中的广泛应用， 电梯交通系统和其他设施融为一体，智能建筑的整体功能得以充分发挥对高层及超高层建筑电梯交通系统的研究表明：电梯交通系统设计的关键是
32、满足乘客生理上和心理上的承受力有效地解决高层建筑复杂的楼内垂直交通，寻求优化的控制策略，优化 调度多部电梯以提高电梯的运行效率和服务质量，成为许多学者研究的重要课题电梯群控系统的结构和组成一般的电梯群控系统包括多台电梯（通常。台），主要有各台电梯的单梯控制器、群控控制器、呼梯装置及指示装置等组成其中单梯控制系统主要控制单台电梯的动作，群控控制器协调各台电梯的运行各个 层站都设置了一对上、下召唤按钮（在底层和顶层分别只设置一个向上和向下召唤按钮），实际上，各层站上的召唤按钮都是基于模糊控制的电梯群控算法研究第二章电梯群控系统并联的，起着一 对按钮的作用。每台电梯在各层站上装有运行方向指示灯，在各
33、轿厢内设置了轿内召唤按钮及楼层显示器【】。 结构 图如图 所示。派梯轿厢轿黼轿灏图，一般的电 梯群控系统结构图一、单梯控制系统对于参与群控的各台电梯，都有各自的单梯控制器对其进行控制，一方面对电梯的启动、停止、加速、减速、开关门等动作实施控制，另一方面根据要服务的乘客所登记的召唤信息确定电梯的运行方向和停靠楼层。目前最常用的单梯控制方式是集选控制，在这种控制方式下，按照所登 记的所有召唤信号的楼层顺序响应。单台电梯在运行时，应该 遵循集选原则，其中包括 顺向截车原则、最远程反向截车原则、自 动定向原则、顺向消号原则和反向保号原则等。二、群控控制器由于参与群控的电梯共用一个厅外召唤信号系统这样便
34、产生了电梯互联的问题。所以应该使用电梯群控控制器对各台电梯进行调度，以提高电梯系统的性能。在电梯群控过程中，各台 电梯共享各个层站召唤按钮，由电梯群控控制器确定到底是哪一台电梯去响应本次召唤信号。电梯群控控制器的复杂性取决于梯群中的电梯数量和对电梯系统的要求。一个高质量的电梯群控控制器应该能够使梯群以最合适的方式响应层站的召唤信号，因此 对梯群的调度算法的不断研究和改进是非常有必要的。第二章电梯群控系统基于模糊控制的电梯群控算法研究群控电梯的控制功能和调度原则群控电梯的控制功能群控电梯除了单梯控制功能外，还可以有下列功能：最大最小功能系统制定一台电梯应召时，使待梯时间最小，并预测可能的最大等候
35、时间，可均衡代替事件，防止长时间等候：优先调度在待梯时间不超过规定值时，对某楼层的厅召唤，由已接受该层内指令的电梯应召区域优先控制当出现一连串召唤时，区域优先控制系统首先检出长时间等候的召唤信号，然后检查这些召唤附近是否有电梯，如果有， 则由附近电梯应召否则由最大最小原则控制特别层 楼集中控制满载预报统计召唤情况和负载情况，用以预测满载，避免已派往某一层的电梯在中图又换派一台，本功能只对同向信号起作用已启动电梯 优先再不会使乘客待梯时间过长的前提下，优先使用已启动电梯；“长时间 等候召唤控制若按照最大最小原则控制时出现了乘客长时间候梯情况，则转入长时间等候召唤控制，并派另一台电梯前往应召特别楼
36、层 服务当特别楼层有召唤时，将其中一台电梯解除群控，专为特别楼层服务；特别服务电梯优先为指定楼层服务；高峰服务当交通偏向上高峰或者下高峰时，电梯自动响应需求较大一方的服务；分散备用控制大楼内根据电梯数量， 设低中高基站，供无用 电梯停靠；基于模糊控制的电梯群控算法研究第二章电梯群控系统主层停靠在闲散时间，保 证一台电梯停在主层；几种运行模式（）低峰模式交通低落时进入低峰模式；（）常规模式（）上行高峰早上高峰期间，所有电梯均驶向主层，避免 拥挤；（）午间服务加强餐厅层服务（）下行高峰晚间高峰期间，加强拥挤层服务；节能运行当交通需求量不大时，系统又查处候梯时间低于预订值时，表明服务超过需求，则将闲
37、置电梯停止运行，或者限速运行进入节能运行状态：近距离避让即时预报功能检视面板功能群控备用电源运行群控消防运行不受控电梯处理故障备份电梯群控系 统的常用调度原则电梯群控调度必须依据一定的原则，必须有一定的性能评价指标体系，才能对电梯群进行科学的调度，避免调度的“盲目性。调度原则是一种算法，是电梯群控系统应遵循的一种确定控制策略的规则，它根据采集到的各个电梯的状态信息，进行分析计算后按一定的规则向各个电梯发出控制信号，指挥各个电梯协调地运行。资料表明，当前电梯群控系 统常用的调度原则主要有以下几个：、最小等待时间调度原 则】第章电梯群控系统基于模糊控制的电梯群控算法研究最小等待时间调度原则是根据层
38、站召唤信息及各电梯当前运行情况，通过计算预测各电梯的响应时间，从中选择响应时间最短的电梯去响应召唤，从而缩短乘客的候梯时间、最短距离调度原则最短距离调度原则是将每个层站的召唤信号分配给响应这一召唤信号最近的那台电梯在计 算距离时，对同向和反向的召唤信号分别赋予一个不同的位置偏差、分区调度原 则对于高层建筑，分区是一种改进电梯系统服务性能的常用方法，是电梯群控的一种常见调度原则，其主要优点是增加电梯系统输送乘客的能力，它可分以下两种情况：（】）固定分区调度固定分区就是按电梯台数和建筑物层数分成相应的运行区域当无召唤时，各台电梯停靠在自己所服务区域的首层。用分心匹狰分才，固定分区调度示意图所示在层
39、的建筑物中有由台电梯为其服务，其中梯负责响应一楼乘召唤信号，梯负责响应 一褛乘客的召唉信号，梯负责响应楼乘客的信号。当某个区域中有召唤信号时由该区域的电梯去响应但每台电梯的服务并非固定不变，根据召 唤信号的不同可以随时调整其服务的区域例如梯由应召唤而进入第二分区，而梯由于响应召唤进入第一分区，财此时梯上，基于模糊控制的电梯群控算法研究第二章电梯群控系统就成为第二分区服务的电梯，而梯则服务于第一分区。若出现两梯运行到同一区域，如梯进入第二分区，此时梯仍在第二分区内，贝，梯返回它原先服务的区域内服务。（）动态分区调度这种分区的特点是按一定的顺序把电梯的服务区域结成环形。电梯运行后，每台电梯的服务区
40、域随电梯的位置及运动方向作瞬时的调整但总保持连接成环形。这种调度原则使得群控中的各台电梯能比较均匀地分布于大厦的各个不同区域，但这种调度方式并不利于节能，而且控制算法也比较复杂。、综合分析 调度原则群控电梯系统作为一个多目标系统，调度时必须综合考虑其各个目标要求，随着人工智能在电梯群控领域的应用，综合分析调度原则得到越来越多的应用。电梯群控系统的实现方式电梯群控系统的发展大约已有半个世纪左右的时间，早在年，纽约联合国大厦首次使用继电器逻辑组成的电梯群控系统，经历了由当初的预选控制到后来的分区控制。之后使用了具有较为复杂功能的集成电路，最后达到今天利用小型计算机或微型计算机进行数据处理的高级系统
41、口。自动模式选择 系统继电器顺序型控制系统称作“自动模式选择方式”，它按照非高峰期、上行高峰期、下行高峰期和双向交通期的交通需求模式选择运转方式。它把梯群的运行状态划分为四个或六个固定的模式，每一种模式都有与之相应的固定结线系统，呼梯信号的计数、计时等交通分析器件也都由有触点形式构成。这种群控系统同时存在线路复杂、功能简单、故障率高等缺点，目前已 经不再使用。呼梯一分配系统第二代群控系统是由无触点逻辑元件实现的，特别是随着数字集成电路系统的应用，使群控系统由固定程序选择方式发展为呼梯一分配方式，即当出现了一个新的层厅呼梯信号时，系 统就可以按一定的原则立即选定一个可供分配的电梯呼梯信号，允许梯
42、群监控系统与各个电梯的控制柜简单的连接并改进了整个系统的可靠性和质量。由于数字集成电路可以完成比较复杂的逻辑运算，所以这种群控系统可以实现更加合理的群控调配方案。另外，群控系 统可以制成电子线路板的形式，使它与各电梯的逻第二章电梯群控系统基于模糊控制的电梯辨控算法研究辑控制系统以插接方式连接而提高了可靠性这种群控系统由于不具备完善的算术运算能力，故不能实现具有人工智能的预报调度功能全面评价系 统计算机化群控系统的出现，提高了预测电梯到达某一层的准确性，然而时间间隔固定不变的运行常常不能令人满意，因而尽里减少较长的候梯时间的任务仍需要完成计算机化系 统的第三阶段编入了学习交通需要的功能，从而提高
43、了预测电梯运行状态的准确性 这一功能减少了过长的候梯时间，由于预测的准确性，能够及时通告电梯的到达各种不同电梯产品的计算机群控系统在硬、软件的设计上有具体的差别，但主要组成形式是基本相似的，即专设一台高性能的微机用于实现对电梯群的控制与监视，它与各 单部电梯用于信号采集与管理控制的计算机进行通信。从而构成完整的电梯监视管理系统电梯群控系统的特性分析电梯群控系统实际上是多台电梯的调度问题，但是它又有自己的特点，是一个复杂的问题它的复 杂性表现在所固有的多目标性、不确定性、非线性和信息的不完备性电梯群控系统的多目标性电梯群控可以满足不同的服务目标，实现电梯群控的多个目标的最优控制，主要评价指标如下（）平均候梯时（）乘客的候梯时间是指从乘客按下层站呼梯按钮到应召电梯到达该层为止经过的时间平均候梯 时间是某段时间内所有乘客的候梯时间的平均值，是一个时间统计平均量，是评价 电梯群控系统性能好坏的重要性能指标之一（）长时间候梯率（）当乘客的候梯时间超过秒时称为长时间候梯；长时间候梯率是指一段时间内发生长时间候梯的乘客数与乘客总数的百分比。影响候梯时间的主要因素有电梯的速度、配置台数、召唤的频 繁程度等，统计表明，乘客的心理烦躁程度与候梯时间的平方成正比当候梯时间超过秒，即出现所谓的长时间候梯时，其心理烦躁
