基于多傳感器的電梯群控系統(tǒng)研究
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電梯群控系統(tǒng)（EGCS， elevator group control system）的一個研究方向是如何采用優(yōu)化的控制策略來協(xié)調(diào)多臺電梯的運(yùn)行，提高電梯的運(yùn)行效率和服務(wù)質(zhì)量。運(yùn)行效率的提高同時也意味著減少乘客的等待時間和能源的消耗，直接影響著服務(wù)質(zhì)量的好壞。這必然會考慮乘坐舒適性的問題。研究發(fā)現(xiàn)，影響乘坐舒適性的因素是多方面的:啟動/停止時的加速度及其變化，轎箱的振動，候梯時間，運(yùn)行時間，轎箱內(nèi)擁擠度，在到達(dá)目的樓層期間停車開車的次數(shù)，以及轎廂內(nèi)的燈光、裝飾等，而候梯時間、運(yùn)行時間、擁擠度和運(yùn)行中停車次數(shù)是由群控調(diào)度算法所決定的，因此，在電梯群控調(diào)度策略中如何來提高乘坐舒適性是本研究的一個主要問題。
自從三菱公司首次將模糊邏輯運(yùn)用于電梯系統(tǒng)，智能控制方法已成為電梯群控系統(tǒng)中研究最多的調(diào)度算法:如采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電梯調(diào)度方法，能充分利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力和信息處理能力，通過學(xué)習(xí)不斷調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制；基于遺傳算法的調(diào)度方法，根據(jù)客戶要求確定控制目標(biāo)并用遺傳算法根據(jù)預(yù)測到的呼梯產(chǎn)生及分布等數(shù)據(jù)優(yōu)化調(diào)度評價函數(shù)的參數(shù)[ 2～3 ] 。但這些方法僅僅考慮了技術(shù)因素，忽略了乘坐舒適性，此外，由于缺少對乘客數(shù)量的了解，當(dāng)某一樓層候梯人數(shù)較多以至于一部電梯無法承受時，只有該部電梯運(yùn)送部分乘客離開后，才會分配下部電梯，延長了等待時間，而且會導(dǎo)致多部電梯處于空閑狀態(tài)，而乘客又無法得到足夠的電梯。為解決上述問題，從以下兩個方面來進(jìn)行設(shè)計(jì):通過配置多個傳感器以獲取更多的乘客信息，同時從乘坐舒適性出發(fā)，采用基于模糊推理的任務(wù)分配算法，降低擁擠度，縮短等待時間，減少停車次數(shù)。
2 電梯控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
改進(jìn)的電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。包括電梯調(diào)度控制器，主控制器，轎廂控制器，指令板和召喚板5大部分。主控制器主要實(shí)現(xiàn)電梯的運(yùn)行控制，開關(guān)門控制及指令處理等功能。首先，在學(xué)習(xí)狀態(tài)下，主控制器通過記錄旋轉(zhuǎn)編碼器和各層感應(yīng)器輸入的脈沖來獲取井道的高度信息和電梯的位置信息，學(xué)習(xí)完成后的運(yùn)行狀態(tài)下，主控制器參照記錄的數(shù)據(jù)向變頻器發(fā)出控制信號來控制電梯的運(yùn)行，并響應(yīng)用戶的指令和召喚。轎廂控制器接收指令板指令和轎廂內(nèi)各傳感器發(fā)送的信號，并根據(jù)主控制器和用戶的指令，控制轎廂中的設(shè)備。電梯調(diào)度控制器則用于接收召喚板發(fā)送的呼梯信號和乘客信息。指令板和召喚板用于接收用戶的指令，同時將電梯的狀態(tài)信息反饋給用戶，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話。
3 電梯群控系統(tǒng)的傳感器
可將門廳中的外呼按鈕和轎廂中的內(nèi)呼按鈕看作兩個傳感器，用于接收門廳中乘客的呼梯請求和轎廂中乘客的目的指令，然后將這兩部分信息發(fā)送給電梯調(diào)度控制器，作為調(diào)度單元的兩個輸入信號。
位于每一層門廳中的圖像傳感器用于測算該層等候使用電梯的人數(shù)。圖像傳感器由攝像頭和與之相連的微處理器組成。為降低計(jì)算量，減少無用信息的干擾，只有當(dāng)該層門廳中的召喚按鈕被按下時，圖像傳感器才開始工作，計(jì)算候梯人數(shù)。當(dāng)只有向上或向下按鈕被按下時，該圖像傳感器所計(jì)算出的候梯人數(shù)為向上或向下的乘客數(shù)量；若兩個方向的按鈕都被按下，則根據(jù)該樓層相對于整棟樓的位置來估算向上和向下的乘客人數(shù)，即:假設(shè)一棟大樓的總層數(shù)為N，第M 層門廳中的電梯上下召喚按鈕均被按下， 此時該層中的圖像傳感器計(jì)算出候梯人數(shù)為X ，那么，可假設(shè)向上的乘客人數(shù)為
通過增加該傳感器的設(shè)置，位于井道中的重量傳感器通過稱重來判斷轎廂中乘客的人數(shù)，取乘客的平均體重并保留一定裕量為70 d /每人，若轎廂中乘客的總重為W ，則轎廂中的乘客人數(shù)為
n = W /70
并可由此來計(jì)算轎廂還能承受乘客數(shù)量，作為該部電梯是否響應(yīng)乘客外呼的依據(jù)。
速度傳感器測量每部電梯的當(dāng)前運(yùn)行速度，因?yàn)殡娞莸乃俣戎噶钋€在減速至平層時常采用距離原則設(shè)計(jì)，以保證電梯的舒適感、平層準(zhǔn)確度及方便現(xiàn)場調(diào)整。同時，電梯轎廂的位置由位置傳感器通過計(jì)算脈沖編碼器產(chǎn)生的移動脈沖來確定，并根據(jù)存儲在存儲器中的層樓高度來計(jì)算同步層。由此，電梯調(diào)度控制器根據(jù)此速度和位置來判斷電梯能響應(yīng)的最近召喚樓層。圖2為電梯群控系統(tǒng)的傳感器配置。
①等待時間（WT）：乘客從按下召喚按鈕到進(jìn)入電梯的時間；
②乘梯時間（RT）：乘客從進(jìn)入電梯到到達(dá)目的樓層的時間；
③乘客數(shù)量（RN）：轎廂中的乘客數(shù)量，即擁擠度；
④候梯乘客數(shù)量（WN）：門廳中等待電梯的乘客數(shù)量；
⑤停站次數(shù)（SN）：乘客從進(jìn)入電梯至到達(dá)目的樓層的停站次數(shù)；
⑥相對距離（RD）：電梯從當(dāng)前樓層到達(dá)目的樓層所通過的樓層數(shù)目。
然后，電梯調(diào)度控制器計(jì)算每部電梯響應(yīng)某一召喚的控制參數(shù)。因?yàn)殡娞菡賳菊埱蟮捻憫?yīng)是一個多輸入—單輸出的過程?？紤]到多輸入—單輸出處理困難，及系統(tǒng)中存在的諸多不確定性，筆者采用了一種多規(guī)則加權(quán)的模糊算法來處理，針對系統(tǒng)的每個輸入與輸出，將模糊推理規(guī)則在一維空間中建立。通過求所有規(guī)則輸出的加權(quán)和來得出最終的輸出。這種形式能很好地建立與修改模糊規(guī)則，比傳統(tǒng)的模糊推理方法有更大的靈活性。
對于一個多輸入—單輸出系統(tǒng)，模型描述如下：
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