基于模糊控制的电梯群控系统

基于模糊控制的电梯群控系统

沈雪芬

恒达富士电梯有限公司浙江湖州313009

摘要：电梯是现代高层建筑中重要的交通工具，电梯也从最早的单梯到现在的电梯群，发展十分迅速。最早的电梯控制是独立的电梯控制，采用电梯并联结构实现对多个电梯的控制分配，具有较低的智能化。现在，电梯控制系统已发展成了能够应用于不同环境的智能电梯控制系统，进而产生了多种实现电梯群智能控制的算法，能够在降低能量消耗的基础上更有效地对电梯群进行控制和分配命令。文章主要对模糊控制技术下的电梯群控方法进行了系统的研究。

关键词：电梯群控方法；速度控制模块；模糊控制

1前言

随着现代化的快速发展，高层建筑物逐渐增多，对建筑物内的垂直运输需求也逐渐增大，日常生活中，人们也越来越依赖电梯。我国对电梯控制领域的发展起步较晚，但很多研究机构和高校研究人员均加入了电梯控制领域的研发队伍，从单个电梯的控制至电梯的群控算法发展。自进入21世纪之后，大量的研究以及应用试验出现在电梯群控研究领域，针对应用之后存在的问题再次研究试验，对技术进行改进和完善。

2电梯系统的工作原理

电梯系统是集机电一体化程度很高的复杂系统，工作过程为：电机对其驱动，然后按照内部的刚性轨道运行到达目标楼层。从结构上看电梯控制系统是由逻辑控制系统、运行拖动装置和附属装置的控制系统三部分组成。可以看作是通过某种装置将动力电能输送给电梯的曳引装置，从而控制器拉动电梯运行，完成输送过程。其中，逻辑控制部分完成电梯各种信号的采集和处理；运行拖动系统是执行完成电梯的运动状态；附属装置的控制系统包括应急装置部分和电梯门装置部分。应急装置部分是应对电梯故障时保证安全性能的装置，电梯门装置是保证电梯安全运行的前提下提高运行效率和服务质量的装置。

3电梯群控系统的构成和特征

3.1构成

单梯控制器、电机驱动器和群控制器是电梯群控的主要组成部分。其中，单梯控制器将会根据自身的服务规则响应内呼和分派的外呼信号；根据单部电梯的运行状态以及控制系统信息，群控器对单个电梯控制器派发指令并传递给电机驱动系统，电机驱动系统控制曳引电动机完成电梯运行响应。多个独立工作的子系统构成了电梯的群控系统。电梯群控是指采用控制算法对多台电梯进行优化调动，群控算法具有一定的复杂程度，主要由于电梯群系统的多目标性、不确定程度以及互相干扰等因素构成。

3.2特征

3.2.1多目标性

（1）短平均候梯时间

传统意义的电梯群控系统的评价指标是“短平均侯梯时间”。平均候梯时间是指等候电梯的平均时间，是评价电梯群控系统算法实现的重要指标参数。

（2）短平均乘梯时间

越长的电梯乘梯时间会增大电梯乘客的心理烦躁程度。根据有关方面的数据表明，当达到电梯顶层的时间超过一定规定时间(一般取90秒)时，电梯乘客的心理就会开始焦躁不安。所以，应该尽量缩短电梯乘客的乘梯时间使其能够控制在一定的时间范围内。电梯程度的乘梯时间的平均数值，即平均乘梯时间也是评价电梯群控系统算法的重要性能指标之一。

（3）低系统能耗

单梯的能耗与其驱动方式和单梯的机械性能有关。电梯加速和减速过程产生的的能耗远大于电梯全速运行时的能耗。所以，电梯加速或者减速的次数越多会增加电梯系统的能量消耗。对于电梯的群控系统来讲，当确认了电梯型号之后，单梯运行的能耗也就确定了。为了使电梯群控系统能耗降低，群控电梯系统的响应呼叫应该合理安排好并且尽量减少电梯停靠的次数。

（4）高客流输送的能力

作为一种垂直交通工具，电梯的运送能力也是一种电梯性能的重要评价指标。不足的运送能力会造成电梯乘客的拥挤、更长平均候梯时间等严重后果，增加电梯乘客的心理烦躁程度。特别当客流密度很高时，电梯系统应该能够保证很快将乘客送到各自对应的楼层。

（5）低轿内拥挤度

电梯轿厢拥挤度是指电梯内乘客数量的多少，当乘梯人数很多时造成的轿厢拥挤、内部空间减少会使电梯乘客有不方便感和不舒适感。

3.2.2非线性和不确定度

电梯的群控系统具有多种不确定性。同样也会给关于电梯交通选择、目标电梯楼层等电梯群控问题造成严重问题，这样就不能给出该种交通模式对应的最优的群控系统模型。电梯的群控系统的不确定因素主要有楼层的乘客数量、电梯乘客的目的层、乘客呼叫层和与环境因素有关的建筑物内的交通状况等因素。这些不确定性会使电梯群控操作系统不能得到最优控制。

3.2.3电梯群控系统具有的扰动性与信息不完整特性

电梯的群控系统在运行的时候也会受到很多种不确定因素的干扰，从而影响评价指标，不确定扰动因素主要有几下几点：

（1）电梯乘客对厅外呼叫命令错误，这样会导致错误楼层的停靠问题；

（2）电梯乘客对目标楼层的命令错误，这样会导致错误目标楼层的停靠问题；

（3）由于其他原因造成的问题，例如电梯轿厢门受到特殊情况干扰导致的不能关闭的情况，从而不能正常运行等。

3基于模糊逻辑的电梯群控系统控制方法

在上世纪50年代，美国控制理论专家L.A.Zadel首次提出了模糊集合的概念，并且将“隶属函数”的概念引入，“隶属函数”可以用来对二者的过渡部分进行差异的描述。该研究方法首次提供了一种模糊控制规律的数学研究方法，随着这种研究算法逐步深入到后期的控制工程等研究领域，这种智能方法逐步形成和完善，该研究领域受到专家学者的广泛关注。

采用模糊逼近的控制算法，对电梯的群控系统的响应呼叫方式的分配方法中的不同区域对应的权重数值进行确定，并将其应用于评价函数中从而完成群控系统的多目标控制要求。该控制方法的特点是专家的知识经验和“隶属函数”的确定，对电梯群控器进行运行控制。将该理论应用于电梯群控的控制器，能够很好地解决电梯群控的多样性、随机性和非线性等多种问题。对于电梯的群控系统而言，模糊逻辑控制方式也代表应用专家的知识经验对电梯群分配方案模型算法的准确评价。其优点是专家知识经验与“隶属函数”的结合可以较好地满足电梯的群控优化算法要求。缺点是，缺少学习功能，因此会导致以下问题：

（1）实际要应用电梯群控算法的建筑物与专家预想的建筑物存在一定差异时，专家预先设定的控制规则不会产生预想的控制效果，没有发挥最优性能；（2）专家知识经验会对系统性能产生一定影响；（3）对“隶属函数”的调整和确定需要一定的仿真实验得到；（4）当控制规则一旦确定时，修改较难。

控制算法的研究人员将神经网络算法（最突出的特点是具有学习功能）与智能控制系统结合，从而可以有效地解决以上存在的问题。本文是采用丰富的专家的知识经验并建立确定“隶属函数”，对电梯群控器进行运行控制。隶属函数的确定对算法的精确度起到绝对性作用。

基于模糊群控下的电梯群控制理论，应该首先选择确定具体是哪种交通模式，然后对电梯群的电梯进行派分，从而满足电梯对乘客输送时的高效性以及舒适性的要求。可以看出，对电梯实现合理派分是电梯群控中对不同楼层召唤响应的最终目的，对电梯实现不同楼层的分配应该考虑的因素包括电梯的召唤方向、电梯的召唤楼层、现层电梯的所处状态和目标站层等要求。

4结束语

基于模糊控制理论的电梯群控设计能够有效地提高电梯群工作性能、降低能耗，很大程度上提高电梯群的服务效率和服务质量，该方法具有很强的可行性和有效性，能够很好地应用于设计和指导电梯群运行，对于电梯群控理论算法的研究具有一定的理论参考意义和实际应用价值。

参考文献

[1]王超.基于模糊控制的电梯群控监控系统的设计与仿真[J].工业控制计算机，2017(04)

[2]赫娇娇.基于模糊控制技术的电梯群控制系统的研究与设计[D].东北大学，2013