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1、洛阳理工学院毕业设计（论文）多部电梯群控系统控制算法优化摘 要智能楼宇的普及，使电梯群组控制技术得到飞速发展。电梯系统在安全便捷的基础上更追求乘坐的舒适度，向高效节能发展。促进群控算法不断革新，优化建筑物中交通流的调度方案。电梯系统因自身具有多变量、非线性和随机性等特点，用传统方法较难控制。本文采用多目标规划方法实现多部电梯群组系统控制算法优化，优化电梯交通系统调度方案。首先比较当前主流控制算法，分析电梯群控系统交通流模式。再建立电梯群控系统数学模型，分别在上行高峰、下行高峰、随机客流和空闲交通模式下进行函数分析，分配性能指标权重，得出相应调度规则。最后将系统模型用MATLAB系统仿真，验证系
2、统调度方案，证明多目标规划算法对多部电梯群组系统调度方案有所提高。关键词：电梯群控，算法优化，交通模式，调度，仿真Elevators Group Control System Control Aalgorithm OptimizationABSTRACTWith the emergence of the intelligent building, the elevator group control technology got rapid development. The elevator system pursuits better riding comfort on the basis
3、of safty and convenience, developing towards high efficiency and energy saving. Promoting the elevolution of group control algorithm, the elevator traffic flow scheduling scheme is optimized. Because of its characteristics of multivariable, nonlinear and randomness, elevator systems is difficult to
4、be controlled in a traditional way. In this article, multi-objective programming method was adopted to realize the optimization of elevators group system control algorithm and the optimization of elevator traffic system scheduling scheme. Firstly, the current mainstream control algorithm are compare
5、d, analyzing the elevator group control system of traffic flow patterns. Then a mathematical model of elevator group control system is established, analysing pattern function in the peak peak upward, downward, under random traffic and idle traffic, allocating performance index weight and the corresp
6、onding scheduling rules are drawed. Finally, a system model is simulated in MATLAB to verify system scheduling scheme, proving that multi-objective programming algorithms for elevators group system scheduling scheme is improved.KEY WORDS: Elevator group control, Algorithm optimization, Traffic patte
7、rns, Sscheduling ,Simulation15目录前言1第1章 多部电梯系统概述21.1 电梯群控的发展背景21.1.1 电梯发展史21.1.2 多部电梯控制技术历史由来及后期发展21.2 当今主流EGCS算法理论比较41.3 今后EGCS算法的发展趋势51.3.1 智能化51.3.2 网络化51.3.3 人性化61.3.4 节能化61.4 论文研究意义及章节安排6第2章 当前EGCS技术82.1 当前主流EGCS技术的多样性概述82.2 EGCS算法综述82.3 EGCS算法分类及特点92.3.1 模糊控制方法及特点92.3.2 神经网络技术102.3.3 遗传算法控制技术12
8、2.3.4 专家系统控制技术142.3.5 Petri 网控制技术142.4 群控技术特点总结16第3章 EGCS特性分析173.1 EGCS结构173.1.1 单台电梯控制系统结构173.1.2 EGCS基本结构173.2 EGCS的特性分析183.2.1 控制变量的多目标性183.2.2 输入参数的不确定性213.2.3 EGCS系统的非线性213.2.4 EGCS系统的扰动性213.2.5 指令信息初期不完整特点223.3 系统的性能评价223.4 楼宇内交通流分析233.4.1 随机呼梯交通模式243.4.2 上楼呼梯高峰交通模式243.4.3 下楼呼梯高峰交通模式253.4.4 轿厢
9、待命交通模式26第4章 多目标算法及在EGCS中应用274.1 多目标优化问题概述274.1.1 多目标规划的数学模型274.1.2 算法中变量的相互关系284.2 多约束条件问题常用方法294.2.1 约束法294.2.2 分层序列法294.2.3 功效系数法304.2.4 理想点法304.2.5 平均加权法304.2.6 极小-极大法314.3 EGCS初步模型建立314.3.1 综合评价指标的建立314.3.2 EGCS模型的初步理论参数设定324.4 多目标算法在EGCS中的数学模型334.4.1 初步模型的改良334.4.2 AWT评价函数354.4.3 ART评价函数354.4.4
10、 CRD评价函数364.4.5 ERC评价函数36第5章 EGCS调度算法的实现385.1 多目标的调度规则385.1.1 电梯基本运行规则385.1.2 EGCS的调度规则385.2 各种交通流模式下智能调度的算法实现425.2.1 轿厢待命交通模式的算法实现425.2.2 乘客集中上楼模式的算法实现435.2.3 乘客集中下楼模式的算法实现475.2.4 随机交通模式的算法实现495.3 EGCS的仿真结果分析525.3.1 数学模型的基本性能验证525.3.2 多目标对EGCS调度结果的分析53结论57谢 辞58参考文献59附录60多部电梯调度算法系统流程图60外文资料翻译64前言上世纪
11、的科技革命促使摩天大楼几乎遍及全世界，计算机的工业化也使楼宇向智能化迈进。电梯的发展从计电器控制到高复杂的集成电路控制，楼宇中的交通实现了半自动到全自动的发展。电梯能更有效的发挥高层建筑优越性能，提高单位土地面积利用率，减缓高密度人口居住压力。相比低层建筑，高层大楼容纳更多人员，传统单一电梯很难满足交通需求。现代楼宇中一般多部电梯同时运转，为乘客提供更高效的服务。如果看待楼宇中多部电梯仅为单部电梯的简单的数量积累，那么势必造成乘客时间和交通资源的浪费。很可能某部电梯客流拥堵造成乘梯时间过长，而其它电梯却处于空闲状态；而乘客为快速到达目的楼层但又缺乏判断电梯实际运行情况同时按下多部电梯，造成呼叫
12、信息误输入反而降低电梯服务质量。因此，采用电梯群组控制，整体考虑各部电梯实际运行情况和呼叫信息，分配合理调度方案。电梯的快速发展也促进电梯群控理论不断更新换代以满足人们更高的要求，使人们将电梯群控算法向多学科交叉领域、高复杂计算领域以及新兴科技领域迈进。例如，在传统经验基础上借助计算机复杂运算的专家系统控制方法；依靠生物科学演化原理和近代生命科学发展而来的遗传算法；根据人类脑科学和大数据处理技术发展的神经网络等。很多算法刚刚探索，还有很多方法有待人们继续寻求。其外，多部电梯群组控制的目的性较强，而生活中有多种电梯，如摩天大厦中穿越云层的观光电梯；大型无人工厂的全自动货运电梯；医院专用的医用电梯
13、；商业住宅楼中最常见的住宅电梯和特定环境专用电梯等。不同控制要求有不同控制方式。而实质上，无论哪种电梯群控方式，都是为了节约乘客宝贵时间、减少不必要能源消耗为目，提高电梯系统服务质量。本文以研究典型建筑物交通模式为基础，建立数学模型。在实际中，对于一些特定电梯只是本文研究的特例，加大某些参数对系统的影响就得到相应特定电梯的控制方案。电梯群控算法都是提出一种更优良的调度方案，合理分配各影响参数对系统影响的权重。本文研究的意义也就是在不改变硬件条件下，改变调度方案，提高电梯服务质量。 第1章 多部电梯系统概述1.1 电梯群控的发展背景1.1.1 电梯发展史自18世纪90年代Otis公司成功安装一台
14、直接连接式升降机，电梯便从此诞生了。从问世以来，电梯已经几乎遍及全球的每座城市的绝大多数楼宇。在数百年的发展改进中，电梯经历了从驱动方式到控制方法的无数次变革。在电梯问世初期因控制方便，在动力驱动方面电梯一般采用直流电机驱动控制；随着电机驱动理论的发展，交流电梯取代了直流电机；在调速驱动方面初期电梯受到控制器和直流电机的限制基本采用齿轮调速驱动控制；随着电力电子和交流电的发展使交流调压调速（ACVV）取代了机械调速系统，变压和变流调速相继而生，在此基础上发展到现如今已经普遍采用的变压变频调速（VVVF）调速系统，使电梯调速系统更灵活增加可调性；在电梯控制方面，电梯发展初期控制理论还不成熟，电梯
15、控制只是使用简单的向预选控制，基本没有过多逻辑运算；而现代电梯控制算法更多的将复杂控制融入器中，其调度指令计算的复杂程度已远超乎前人的想象。到电梯群组控制等阶段1。通过不断改进，在缩短电梯候乘时间、降低点体能耗等方面分别在不断改进，实现电梯运行优化2。随电力电子发展的电机调速控制技术、随计算机普及发展的微控制技术带给电梯一次又一次改革。随着电梯硬件向复杂逻辑电路迈进，电梯的控制算法也推陈出新，全新的控制算法往往配合一个或多个更高复杂程度的电梯硬件电路组合。在此期间，电梯作为人类出行的必备伙伴也更人性化，向更高效、更安全、更节能、低噪音、低误差发展。1.1.2 多部电梯控制技术历史由来及后期发展
16、经过上百年的创新，电梯从18世纪一开始的手动控制到19世纪半自动控制，工作人员从原来专业司机人员值守到一般服务员的开关门工作。到19世纪50年代，继电器理论成熟，促使电力机械式继电器在电梯轿厢中广泛应用，这种全自动控制电梯的问世才替代了服务员们的值守。到上世纪70年代给予微处理器的广泛应用各个领域，电梯控制系统与其他智能设备一样，控制器由微处理器取代了继电器，从而实现真正闭环控制，对高层建筑交通系统提供了良好的解决方案，简易自动控制方式诞生。在电梯控制理论发展的初期阶段，上世纪中旬是电梯控制大多采用预选分区控，即简单的逻辑分派指令；继电器的时序控制，通过数字逻辑电路，固定指令对应相应呼叫指令。
17、初期控制算法可以适当解决高峰人群出行交通问题，但效果有限。到1971年随着集成电路（IC）的广泛应用，复杂逻辑运算得以实现，统计学在电梯控制方式中发挥主导作用，推动多部电梯控制算法向集选控制的前进，促使现代建筑迈出了智能楼宇的脚步，电梯向智能控制发展，达到了一个新的高度。之后随着计算机广泛应用于控制领域，电梯控制重心转向动态过程控制，最小等待时间控制方式有效缩短候梯时间，函数一般采用统筹思想综合评价系统中各个影响参数，控制在呼叫-分配原重要影响参数模型中增加了综合评价系统。新的系统模型考虑了乘客等候电梯的时间，增加了系统预算出现误差的概率以及乘客长时间等候轿厢的几率等一系列问题。从根本上解决了
18、电梯交通这类典型时变较大的系统自适应性能较差的问题。自日本三菱电气公司研发的AI-2100以来，标志着基于计算机与人工智能技术在电梯群组控制方面的综合应用3。建筑行业的蓬勃发展，使单位密度上产生更多的电梯和需要服务的乘客，更促使电梯理论与技术不断创新提高服务质量。现如今，电梯可以有效发挥高层建筑优越性能，提高单位土地面积利用率，减缓高密度人口居住压力。但仅依靠提高速度，增加电梯数量缓解人口出行压力并不现实，必须将电梯由一台升降控制变为多台协调控制电梯的群控（EGCS，Elevator Group Control System）。总而言之，研究优化多部电梯调度算法的目的是为了实现多部电梯相互间的
19、协调能力、提高乘客运送能力。在设计系统时，要对轿厢最大载客量，楼层高度，轿厢所在位置，呼叫所在位置，停站位置等综合考虑。多部电梯控制技术从20世纪50年代兴起，到目前已几乎遍布所有大型高层建筑中。经实践统计数据证明，电梯群控技术可以有效提高去租电梯运力，减小人员等待时间。一般能使人员运送能力增加1520个百分点，将等候时间减少30%40%4。1.2 当今主流EGCS算法理论比较随着计算机在控制理论中的广泛应用，控制理论从经典控制论到现代控制理论的发展，极大丰富了电梯群控理论。计算机技术和电子通信技术飞速发展使复杂电梯控制成为可能，多部电梯控制技术从诞生已有30余年，MCU的广泛应用促进复杂电梯
20、的产生，使现代电梯具备人工智。今后人们对电梯服务质量的要求越来越高，整体系统控制性能也趋于多元化，多部电梯群组控制向优化调度策略协调多部电梯发展。电梯的快速发展也促进电梯群控理论不断更新换代以满足人们更高的要求，使人们将EGCS算法向多学科交叉领域、高复杂计算领域以及新兴科技领域迈进。例如，在传统经验基础上借助计算机复杂运算的专家系统控制方法；依靠生物科学演化原理和近代生命科学发展而来的遗传算法；根据人类脑科学和大数据处理技术发展的神经网络等。EGCS也向交叉学科发展，遗传算法、模糊控制5和基于交通网络的模式识别等新兴理论为群控理论注入了新的活力。他们各有优点，适用于不同环境下电梯控制6。下面
21、以表格形式进行比较，如表1-1所示。表1-1 EGCS调度算法比较表控制方式突出特点模糊控制缩短乘客等候轿厢时间神经网络减小乘客等候电梯的时间，减少乘客乘坐电梯的时间，防止轿厢空跑专家系统对系统时间、能源方面均有提高目的层控制提高系统反应速度，减小乘客等候电梯的时间，减少乘客乘坐电梯的时间，降低乘客长时间等待轿厢情况遗传算法减小乘客等候电梯的时间，减少乘客乘坐电梯的时间，解决随机性难题模糊神经网络有针对性的提供系统调度方案，减少乘客乘坐电梯的时间模糊专家系统有效缓解轿厢内的拥挤程度，提高客流交通运行效率，减少乘客乘坐电梯的时间Petri net技术针对EGCS系统多目标性、输入随机性制定调度算
22、法，减少乘客乘坐电梯的时间，降低乘客长时间等待轿厢情况，有效缓解轿厢内的拥挤程度1.3 今后EGCS算法的发展趋势电梯的普及为楼宇交通带来了极大方便，同时也促进EGCS理论不断更新换代以满足人们更高的要求。总结EGCS理论电梯群控理论发展历史过程，未来电梯将向更加节能化、整体化、网络化、人性化、智能化的控制特点方向发展。不再简单的以安全高效为基本要求，电梯向高速高效、绿色环保发展。在传动方面电梯未来无齿轮化，通过控制调速直接驱动轿厢；在控制柜方面将告别人员值守控制，采用无机房控制方式；在电路原理等特性方面，更多考虑电磁兼容干扰问题和应用远程监控方法，这些将为电梯主要研究方向。1.3.1 智能化
23、新兴科技是促使人类向前不断发展进步的直接动力，科技创新的推广推动智能设备在各个领域普及应用，改善人们日常生活。人类对智能设备的研发是持续发展的话题，智能设备的发展为人们提供更优质、更舒适的服务。基于强大的硬件和软件资源，电梯向具备自适应能力，自我完善学习能力发展。可以自动根据环境参数，选择优化方案实现全局优化，电梯变得实用方便，真正实现智能化控制。1.3.2 网络化通过以太网、蓝牙等通信技术，将电梯与整体楼与控制系统联系起来，也可以实现远程无线控制。更好地解决电路电子通信方面的电磁兼容性问题和乘客轿厢呼叫状态预知判断等一系列问题，能有效的提高整个系统可靠性和安全性，降低潜在风险。1.3.3 人
24、性化电梯作为服务性设备，以满足乘客的需求为目的，力求用更有效的调度方式提更优质的乘梯环境。随着电梯技术普及，人们可根据市场需求、个人爱好定制电梯，并指定控制方案。更侧重商品系统的开发。真正实现“以人为本”的服务。1.3.4 节能化随着人们环保意识的加强，电梯作为大型能源消耗设备，其控制方案中能源优化不容忽视。电梯能耗大约占整栋楼宇电能消耗的35个百分点，因各栋大楼高度、面积、客容量和作用均不相同加之乘客的随机性较大，电能耗比有所变化随着楼宇向更高花发展，节能减耗也逐渐成为电梯发展的重点。绿色环保的设计方案也被吸收到电梯控制中，优化电梯驱动系统和控制方式可以有效减少能耗。1.4 论文研究意义及章
25、节安排 电梯已有数百年的历史，虽然国内外研究学者、专业也分别提出了各种电梯群控方案，但关键技术参考文献较少、公开性差。一些先进群控算法被国际巨头所垄断。同时，多部电梯群组控制理论也不断向前发展，有些方面仍存在不足，更要通过进一步研究探索来完善。多部电梯群组控制的宗旨是提高楼宇内的交通服务质量，同时减少不必要的电能消耗。通过学习总结前人先进经验和数据结果，本文通主要介绍下面几点：首先了解多部电梯群组控制系统的整体思想和设计的总体结构，然后通过多目标控制原理对多部电梯群组控制系统建立数学模型，并求解最优解，由此提出一种提高系统整体服务质量的调度策略，最后对多部电梯群组控制系统整体实现进行介绍。论文
26、各章节介绍：第1章 绪论介绍单部电梯、多部电梯群组控制的发展历程，EGCS研究设计的必要性等，并且论述了研究优化多部电梯群组控制调度响应算法课题的意义。第2章 当前主流EGCS技术比较EGCS向优化策略协调多部轿厢方向发展,其中控制策略走向多元化交叉学科和新兴科技领域迈进，早期的预约层控制被模糊神经控制、Petri Net等现代控制方法取代，带来的是乘客运送效率的提高。本章详细分析各种新兴现代控制方法的优点。第3章 分析特性指标介绍楼宇内影响乘梯服务质量的参数，用统计理论将乘客状态加以区分。第4章 本文对EGCS算法的建模对EGCS系统建立数学模型,确定各常量、变量值,分析求解多变量最优解，优
27、化电梯调度方案。第5章 系统仿真分析动态仿真一般存在的问题,对系统方案就行仿真实验。验证多目标控制算法在多部电梯群组控制中能有效提高电梯服务质量。课题将要研究的这种EGCS方案的目的是减小乘客等候电梯几率降低轿厢的电能消耗。因此首先分析当前国内外学者控制方案，从而比较得出一种电梯优化调度方案。对系统建立数学模型,分别以等待时间、候梯率、能源效率等为优化结果。第2章 当前EGCS技术2.1 当前主流EGCS技术的多样性概述现代建筑日趋高层化、智能化，而高层建筑必依赖于先进的楼宇交通系统，因此促使电梯群控理论飞速发展，同时智能电梯也成为现代城市的典型标志之一。从20世纪70年代开始，计算机技术促使
28、MCU的发展并开始广泛应用于多部电梯群组控制理论中，促使EGCS理论飞速提升。通过新型MCU高速运算可以将各种AI技术用于研究多部电梯群组控制交通系统的动态特性，减少候梯率，提高高层建筑运输效率，真正实现楼宇的智能化11。目前，EGCS技术正在发展较快，现有多种控制方案在实际中应用。EGCS目的性较强，而生活中有多种电梯，如摩天大厦中穿越云层的观光电梯；大型无人工厂的全自动货运电梯；医院专用的医用电梯；以及商业住宅楼中最常见的住宅电梯和特定环境专用电梯等。不同控制要求有不同控制方式，例如，医用电梯主要以安全高效为核心其次才考虑能耗的问题，而一些货用电梯则以能源最低消耗为主；在技术层面上，因为电
29、梯作为高端科技产品，其研发、生产到需要一定的物质。因此目前电梯群控技术基本掌握在少数电梯巨头厂商中，其核心控制算法公开性较差这也导致EGCS理论的多样性的原因。2.2 EGCS算法综述对现代电梯性能的衡量不再简单地考虑安全的可靠性和乘坐的舒适性这两点。目前电梯在乘坐的安全性和舒适性方面的技术已经基本成熟，而人们日益对自己时间的注重也要求电梯调度更优化，减少候梯时间和乘梯时间。比外，在能源日益匮乏的情况下各国政府都提出节能减排口号，节约使用能源是每个行业必然要求，优化EGCS算法也更要优化电能利用，减少开关门次数和启停频率。在此基础上研究电梯的各种控制方法提高电梯的控制精度以保障电梯在运行中的绝
30、对安全具有较大的意义。2.3 EGCS算法分类及特点EGCS算法就是将一栋建筑内的各部电梯通过中央处理设备连接起来，一般计算机先采集乘梯信息，通过内部算法得出一种最有调度方案。电梯的快速发展也促进EGCS理论不断更新换代以满足人们更高的要求，使人们将EGCS算法向多学科交叉领域、高复杂计算领域以及新兴科技领域迈进。例如，在传统经验基础上借助计算机复杂运算的专家系统控制方法；依靠生物科学演化原理和近代生命科学发展而来的遗传算法；根据人类脑科学和大数据处理技术发展的神经网络等。EGCS调度方法较多，很多算法刚刚探索，还有很多方法有待人们继续寻求。总之，EGCS算法能根据实际情况和乘客请求控制每一台
31、电梯运行的情况，实现电梯最佳调度服务。多台电梯分别控制即互不连接，很容易造成电梯集体在某楼层停留现象，工作效率较低。因此也导致部分乘客等候轿厢时间过长和乘坐电梯时间过长现象频发，同时，频繁开关电梯、多次启停也会增加系统电能消耗，导致能源和资源的浪费，增加不必要成本。智能建筑和现代控制理论的飞速发展促进EGCS技术的产生，借助计算机实复杂杂运算的现代EGCS理论能够较好地解决多部电梯群组系统本身固有的乘客呼叫非线性和不确定性等特点。目前，主流EGCS控制算法主要由以下几种。2.3.1 模糊控制方法及特点模糊控制（Fuzzy Control）是在神经科学领域根据人类大脑思维方式发展的一种新型控制思
32、想5。上世纪50年代，“隶属函数”第一次被人们发现并应用于控制领域，通过这种方法能有效的描述不同输入参数的中介过渡过程，推动了模糊思想在控制理论领域发展。促使人们把这种方法用于智能控制领域，有效解决多变量系统非线性不确定性等问题。EGCS模糊控制算法是使用模糊逻辑对大楼内交通模式进行总结规划，将分析的结果在经历筛选优化过程，形成控制中心可以处理的简单数据，再进一步推断出相应指令所对应的轿厢数量、速度等信息的控制。因电梯控制系统中作为输入量的人数、乘梯区间、个批次乘客几个时间等都有很大的不确定性，处于一种模糊状态，所以应用这种控制方法能有效优化EGCS调度方案，建立一种良好的数学模型。群组电梯模
33、糊控制采用了三阶划分方法，将拥挤程度划分为高、中、低；乘客等候轿厢时间划分为短、中、长等。控制规则如表2-1所示。表2-1 EGCS在模糊下基本调度算法比较表乘客对服务满意程度采样时间短中长拥挤度很挤很满意很满意一般拥挤很满意一般不满意宽松一般不满意不满意电梯作为大功率电能消耗产品，能耗也是一项重要指示，而电梯能耗直接与启动次数、运行距离有关。用同样的方法，把他们家里类似于上表的模糊关系。根据实际情况选取高斯隶属函数，确定各参数值，建立系统的网络化结构图，分别为乘客呼叫输入层；由隶属函数建立的模糊化层；推理演算层，为提高运算速率传统的取小运算被乘法运算取代；模糊判决层，一句模糊规律得出对应节点
34、的模糊值；去模糊化层，将上一层计算结果还原实际系统数据，实现轿厢调度指令的输出。2.3.2 神经网络技术在生理学和脑科学发展刺激下，根据模仿人的大脑神经系统产生的神经网络控制技术应用于生物医学、仿人机器等领域，尤其在为个人及公共服务领域控制效果良好。它的控制思路是将一块小的微型处理器单元看作为一个节点，即一个基本突触元。每个突触元都相当于一个简单的多输入多输出系统，同时划分为不同逻辑层，每层有相应数量的逻辑节点，彼此独立，而不同层间的节点采相互联系，是层层递进的处理关系。被建立在网络突触基础之上的神经网，用的是一种网络树枝总线结构构成的特定活动网。基于EGCS系统乘客呼叫信息的不确定性、轿厢运
35、动的非线性和目的楼层的多目标性等固有因素，利用网络总线技术构建完整的电梯控制网络，在有效的网络监控下，对电梯实行动态控制。电梯群控神经网络化将不同功能分为网际层（Internet）,以以太网及各种总线为基础来实现数据交换、处理的任务；决策网络层（Control Network），所有参与群组调度电梯在同一个MCU的监控下，将轿厢运行状态和各楼层呼叫信息通过专用总线与控制器连接，一般为CAN（ Controller Area Network）总线网络连接，实现分配呼叫，使多部电梯协调工作；设备层（Device Network），此层为多部电梯协同合作的最底层，通过可靠性高的现场总线作为主体驱动电
36、梯轿厢各项指令7。去电梯群控网络为三阶前向神经网络，分别为输入层、隐层和输出层组成，个层次通过简单线性关系多次复合，近似表示复杂函数关系。神经网络结构如图2-1所示。图2-1 神经网络结构图在处理多部电梯控制问题时，通常采用前馈神经网络中的BP神经网络，它也是中应用最广泛的一种，通过层层递进的方法求取乘客满意度函数的最小值。有效建立非线性数学模型，通过自主学习和适应未知信息，及时修正网络中各参数值，处理多输入多输出结构精确度较高，适合电梯群控这种复杂系统。2.3.3 遗传算法控制技术从上世纪开始，生物科学蓬勃发展，其研究成果不断渗透到其他学科。到1940年左右，生物学和信息学两大重点学科产生交
37、集，生物模型开始用于IT控制领域中，遗传算法（GA，Genetic Algorithm）通过总结生物繁衍进化原理而建立的搜索最优解的方法，采用模拟自然界物种进化过程8。物种的多样性因为每个个体实际上都带有特定的染色体(chromosome)，通过基因重组组成一个新的带有独特性的的实体，这也是生物的进化和繁衍。GA算法主要是通过先分析一个种群（population）的基因库普，即各台电梯轿厢运行情况及各楼层乘客呼叫情况信息录入；再根据遗传基因（gene）编码计算所有可能产生的生物个体(individual)，即个轿厢所有运行情况分析推理。GA算法推算可能情况是将可能发生所有事件用罗列法展开，对应
38、相应呼叫信息列举所有可能的轿厢调度方案。生物特性信息通过基因存在于染色体中，即基因实体集合内包含电梯数量、楼层高度、呼叫层站等一些基本信息。将待解决问题与自言选择、遗传机制的方法进行比较，为解决不确定性、非线性的复杂系统模型提供了一种新的解决思路。涉及交叉算子和选择遗传算法控制参数即可建立数学模型，价差算自由分为两点对换变异、遗传算子等。交叉算子如图2-2所示。图2-2 交叉算子两点对换变异结构图在EGCS系统中，遗传算为减少系统反应速度节约乘客等候轿厢时间通常采用高效并行的全局搜索方法，分别对不同调度方案进行速度测试，寻找最佳调度方案。主要步骤有：参数编码，将电梯数量与楼层数量排列、编码，分
39、配相应染色体；群体设定，群体中每个单元随机产生，群体中每个单元随机产生，遗传算法采用高速处理设备，搜索出较优个体；评价函数，主要包括电梯群控系统的决策变量、当前乘客所在楼层、人数、去往方向及当前电梯运行方向等；适应调度函数，通过前面的搜索找出更有机会繁衍下一代的个体，及适应的强的函数。具体流程如图2-3所示。图2-3 遗传算法结构图2.3.4 专家系统控制技术专家系统是将专门一类知识进行总结已组建知识库，存储于决策系统内部，加以合理的推理，得出一种控制方案。专家系统通过高性能MCU大容量存储功能将前辈丰富经验进行总结记录，固定了针对特定问题直接调用的控制指令。它是在高速电路和存储器小型化基础上
40、发展的控制方法，将人类大脑中丰富经验进行程序化总结，方便的解决某一类特定问题节省资源。在EGCS系统中应用专家经验，首先通过人工罗列各种潜在调度方式并分别对各种可能情况用最有效的方式分配轿厢，将所有信息固化到存储器中；当有乘客按下上楼或下楼指令时，处理器迅速判断乘客与各轿厢位置关系并在系统中寻找所对应的专家算法。在实际应用系统中一般采用多层检验方式，即先通过计算给定预定值再实际送达相应算法，最后再对给定方案进行检验，形成反馈校正系统。专家系统结构如图2-4所示。图2-4 专家系统结构图2.3.5 Petri 网控制技术Petri Net是由德国的 Petri 博士于提出的一种研用来研究系统信息
41、相关性的数学模型 。Petri Net可以有效分析随机变量系统动态性能，相比传统控制较难分析离散系统内部各种参事因果变量关系网图的方式更直观有效。 Petri Net就是以网络理论为基础，加以代数运算理论来分析非线性离散事件。通过这种方式可以直观的描述离散模型中各种因素的相互关系，为EGCS系统提供一种良好的建模、分析和判断的解决途径。Petri Net是以为基础，其中称为基网；称为Petri Net的库所在集合，其中由各种资源组成，资源则表示电梯的各种状态；称为Petri Net的动态变迁集合，它表明EGCS之间的各种传递关系。建立好的Petri Net虽然只给出系统的静态特性，但当Petr
42、i Net模型运行起来时它就可以表示系统的诸多动态性能。其中包括：系统的可达性；EGCS系统的有界性，也就是决定多部电梯调度系统的安全系数；回归性，描述系统模型的周期运动规律；活性及公平性等特点。Petri Net的分析方法也有多种，一般常用的有结构分析法、可达数方法和Petri Net语言等。总之通过网的形式来建立模型、分析解决问题。Petri Net的结构分析法为分析EGCS问题提出一种新的解决方案。Petri Net模型的4个基本模块为：轿厢基本运动模块， 首先对电梯轿厢层与层之间的传动关系建立轿厢轨迹模型；加载、卸载模块， 用来响应电梯的呼叫信息、乘客进出电梯状态；轿厢运行方向倒转模块
43、，当轿厢同方向达到最远时在合适的时间改变轿厢的运行方向；大厅内乘客呼叫管理模块， 通过此模块实时读取各楼层乘客呼叫信息，将轿厢内部指令整合并指派相应电梯响应。其结构如图2-5所示。图2-5 基于 Petri Net的EGCS动态调度框图2.4 群控技术特点总结EGCS算法虽有很多种，但所有算法的最终目的都是为了优化调度方案，更好的为乘客服务。使电梯在安全运行的前提下，用最少的时间、最低的能耗运送乘客到达目地位置。针对不同应用环境特点，可能有些以高效为最重要指标，忽略其它因素的影响；有些环境也可能以最少能耗为最终控制目标而淡化效率舒适度等因素。因此也导致EGCS算法的多样性。EGCS系统作为实际
44、应用问题，是一种呼叫输入多、层站信息输出多、乘客变量干扰多的复杂系统。电梯群控理论也就是权衡各种参数关系，找到一种适中的方法。从单部电梯控制到电梯的群组控制最大的特点也就是多部电梯协同合作，达到最佳调度方案。因此，现代电梯群控技术是一种通盘的考虑关注每个可能影响方案的因素，无论哪种EGCS方案都是针对不同交通模式分配不同方案。EGCS也因此向自适应系统方向发展，系统根据不同交通状况自动调节并带有一定的记忆效应，使现代楼宇更加智能化。洛阳理工学院毕业设计（论文）第3章 EGCS特性分析3.1 EGCS结构 3.1.1 单台电梯控制系统结构单台电梯主要由三部分构成：控制柜（Controller）、
45、变频器（Drive）、曳引机（Machine）组成，这三方面控制电梯行业发展的命脉，电梯行业主要研究经历和科研经费用于上述三方面的研发，这也是厂商保持自己上场领先地位的关键。其次还有一些其它重要部分：安全部件（Safety Device）、门机系统（ Door Operation System）、位置传感装置（PRS，Position Reference Sensor）、轿厢（Car）、重力感应装置（Load Weighting）、轿顶检修装置（Box of TOCI ）、侯梯厅的上下楼呼叫按钮和数码屏（Hall Fixture）、轿厢内各楼层按钮和液晶屏（COP）、手动自动紧急装置（ARD&
46、MRD）等9。 3.1.2 EGCS基本结构在一部独立运行电梯结构的基础上EGCS系统主要由一部电梯控制系统和多台电梯群组监控系统共同组成，因此 EGCS系统不是简单的一部部独立电梯在数量上的简单积累。在结构方面其中任何一台电梯都是 EGCS系统的分化，而而在控制方面 EGCS监控系统是将它们连起来的纽带。 EGCS系统内部结构如图3-1所示。图3-1 EGCS系统结构图3.2 EGCS的特性分析EGCS问题实际上是对多台电梯的进行复杂调度问题，其系统复杂主要表现为 EGCS系统所固有的乘客呼叫不确定性、停站楼层多目标性、轿厢运动非线性、乘客的扰动性和呼叫指令信息在运动初期不完整等特点。首先要
47、分析 EGCS交通系统的乘客流动特性，对系统固有特点确定系统轿厢的调度原则，最后再指派最便捷的轿厢采取及时有效的控制方法对响应乘客呼叫指令进行控制响应10。 3.2.1 控制变量的多目标性1. 客流的输送能力时间作为楼宇内唯一的交通工具人们安装电梯的目的在于方便乘客在各个楼层之间快速转换，因此运送能力是系统的决定性因素。调整电梯各种软硬件环境都必须保证有效运力的前提，而提供更优质的服务也是在运送所有乘客及时有效到预期楼层基础上进行的。这也是本文将楼宇内交通系统做详细划分的重要原因，在不同环境下盲目追求高效或一味降低能耗都会使控制系统调度失控等一些列不良后果，也是本文选择多目标控制EGCS的原因。电梯作为大厦中的垂直的交通工具，其输送能力是电梯的重要标志之一。2. 系统能耗要求对于 EGCS系统，采用直流变压调速、交流变压调速和变压变频调速的电机驱动方式都会系统的电能消耗产生较大影响；同样在变速传动系统上应用机械传动和无齿轮调速在运力同时情况下也会产生不同电能消耗；在速度方面因为电梯采用大型感性负载电机，所以在轿厢启动初期电能消耗较大，电梯频繁启停会使电能消耗明显增加。电机在匀速转动时电能消耗最低，当电梯进入目的楼层进