电梯群控系统模糊控制技术的研究与设计毕业论文(编辑修改稿)

电梯群控系统模糊控制技术的研究与设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

功能 群控系统中，各台电梯对厅外呼叫信号的响应是由系统统一进行分配的。 每个厅外呼叫信号并不是直接派给乘客所呼叫电梯的控制 器，而是先送到群控调度模块。 调度模块根据各梯的当前状态信息，采用一定的调配策略，用算法分析出哪台梯响应此呼叫信号会使电梯系统得到最优的性能，比如响应时间最短或者系统能耗最小等，再将此厅外呼叫信号分配给该电梯控制器。 因此，群控系统有控制功能，对电梯控制器进行控制，可以命令某电梯去响应某个厅堂外呼信号，也可以使某台梯对某个厅外呼叫不予响应。 （ 4）预估计算功能 预估计算功能是群控系统的核心部分。 群控系统要对大厦中电梯系统所处的交通状况进行分析，比如客流量以及客流分布、电梯状态以及电梯分布等，通过分析可以对乘客呼 叫、轿厢人数、电梯下一站响应情形等进行预测，然后根据一定的规则和策略对各梯工作进行协调调度，使电梯系统得到最优的运行。 （ 5）监测显示功能 系统可以对每台梯的现行位置、运行方向、载重、速度、梯内呼叫信号 !响应情况等信息以及对每个乘客厅外呼叫信号的派梯结果进行实时检测，且在主界面上显示。 （ 6）自学习功能 青海大学本科毕业 设计： 电梯群控系统模糊控制技术的研究与设计 6 化工学院学院化工机械 电梯群控问题仅仅依靠数学描述来实现是不够的，还需要采用对经验知识进行学习、使用和获取的方法 ,即系统的自学习。 电梯群控系统的目的在于对多台电梯进行调度，给出调度的基本规 则。 首先要分析电梯群控系统的动态特性，然后针对这些特性确定调度规则，采取有效的控制办法对其进行控制。 电梯群控系统的特点包括：不确定性、多目标性、扰动性、非线性以及信息的不完备性。 （ 1）不确定性 在电梯群控系统中 ,存在着大量的不确定因素： 乘客的目的层不确定。 厅呼的位置不确定。 建筑物内与环境因素有关的、变化的交通状况是不确定的。 这些不确定因素给电梯群控系统确定交通模式，预测轿厢到达目的层时间造成极大困难，使系统不能对某一特定状况给出最优控制。 （ 2）多目标性 平均候梯时间要求短 乘客的候梯时间：从乘客 按下层站呼梯按钮开始，到所派电梯到达此层时乘客进入轿厢所经过的时间。 平均候梯时间是指所有候梯时间的平均值，它是评价电梯群控系统重要的性能指标。 平均乘梯时间要求短 平均乘梯时间是指从乘客进入电梯到乘客离开电梯所经过配对间的平均值。 统计表明，乘客的烦躁程度是与乘梯时间成正比的，如果乘客的乘梯时间过长，就会造成乘客的烦躁不安，所以乘客的乘梯时间需要保持在一定的范围内。 系统能耗要求小 系统能耗主要是指电梯系统中电机的电能消耗。 对于电梯而言，电梯全速运行时所消耗的电能远远低于加速和减速时所消耗的电能。 电梯停靠的次 数越多，消耗的电能就越大。 对电梯群控系统而言 ,电梯的型号一经确认，单台电梯起停时所消耗的电能就能确定，所以电梯群控系统要合理的安排和调度电梯群对呼梯信号的响应，尽量减少电梯群总体的起停次数，提高电梯的总体利用率，减少空载和少载运行。 长候梯率要求小 长候梯率是指乘客候梯时间超过 1 分钟的发生比率。 统计表明，乘客的心理烦躁程度与候梯时间的平方成正比。 当乘客的候梯时间超过 1 分钟，其心理烦躁程度会急剧上升，所以应尽量减少长候梯的发生。 轿厢内拥挤度要求低 轿厢内拥挤度给乘客所带来的不便是显而易见的。 一般以轿厢内乘客 数占轿厢额定载重量的百分比来衡量。 （ 3）扰动性 2 电梯及其群控技术 化工学院学院化工机械 7 电梯群控系统还不可避免的具有不确定的随机干扰，如： 乘客可能错误的造成轿厢门不能关闭而干扰系统正常运行 ； 乘客可能登记了错误的目的层而造成了不必要的停站 ； 乘客可能登记了错误的厅外呼叫而造成了不必要的停站。 （ 4）非线性 电梯交通系统存在着非线性： 轿厢对同一呼梯，在不同的时间标度下，分配是不同的，其变化是不连续的 ； 轿厢容量是有限的，当轿厢容量达到饱和点时，轿厢会不停而过 ； 所能分配的轿厢数目有限，受系统所有轿厢数目的限制 ； 对于所有层站的呼梯最小候梯时间 的设定而言，考虑最短的时间尺度和较长的时间尺度是不同的。 （ 5）信息的不完备性 电梯群控系统存在大量的不完整、不准确信息： 乘客进入轿厢前，其目的层是不可知的。 这对乘客乘梯时间的预测，对其他乘客候梯时间和乘梯时间的影响的预测难以实施。 乘客进出轿厢的时间因个体的差异而不同，同样不能准确获得。 电梯轿厢中乘客的人数不能准确的获得，虽然轿厢的底部装有称重装置，但是由于人的个体体重差异较大而不能获得轿厢内乘客人数的准确数据。 这会导致对轿厢内拥挤度和对乘客候梯时间的预测不准确，增加系统控制的难点。 以上所提到的电梯 群控系统的多目标性、非线性、不确定性、扰动性和信息的不完备性，说明电梯群控系统是一个非常复杂的控制系统。 目 录 化工学院学院化工机械 9 3 模糊控制 模糊控制发展状况 模糊控制是智能控制的重要组成部分之一。 它是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制方法。 它突破了人类固有的二值逻辑，不需要根据机理与分析建立被控对象的数学模型，而是力图将人们关于某个问题的成功与失败的经验进行加工，总结出知识，从中提炼出用自然语言来表达控制系统的行为规则，更加接近于人的思维方法和推理习惯；它不仅能够处理精确的信息， 而且能够处理模糊的信息或其他不明确性信息。 自从 Zadeh 在 1965 年提出描述不确定性和语言信息的 “模糊集合 ”概念之后， Mamdani 教授首先将其引入到用于表达人类控制决策的不确定性问题上，实现了一台小型蒸汽机的模糊控制，取得了良好的控制效果，标志着模糊控制的正式诞生。 之后经过三十多年的发展，模糊控制已经成为智能控制理论和应用研究中最活跃和丰富的分支。 现在人们已经研制成功各种各样的模糊控制系统。 例如汽车控制系统、电梯升降机控制系统、交通灯指挥控制系统。 这些模糊控制系统的应用取得了明显的效益，并且受到了人们的普遍重视。 目前模糊控制理论作为 90 年代的高新技术，正得到越来越广泛的应用，被公认为简单而有效的控制技术。 模糊控制一般具有以下特点： （ 1）模糊工程的计算方法虽然是运用模糊集合理论进行的模糊算法，但最后得到的是确定性的 !定量的条件语句。 （ 2）不需要根据机理与分析建立被控对象的数学模型，对于某些系统 ,要建立数学模型是很困难的，甚至是不可能的。 （ 3）与传统的控制方法相比，模糊控制系统依赖于行为规则，由于是用自然语言表达的规则，更接近于人的思维方法和推理习惯，因此，便于现场操作人员的理解和使用，便于人机对话，以得到更有效的控制规律。 （ 4）模糊控制与计算机联系密切。 从控制角度看，它实际上是一个有很多条件语句组成的软件控制器。 目前，模糊控制是通过计算机来实现的，模糊规律经过运算，最后进行确定性的控制。 我国模糊控制理论及其应用方面的研究工作最早见于 1979 年， 1981 年成立了中国模糊系统和模糊数学学会。 我国在模糊控制理论的研究方面，大多是在高校和研究所中开展，主要是大量的理论研究和仿真试验研究。 虽然发展很快，同国外先进国家相比，还有很大的差距，尤其是其实际应用方面。 我国现在已经有厂家研制出基于模糊控制的家电产品上市， 例如电饭煲，洗衣机等，但是在工业控制中，特别是大规模工业控制中，成功应用的例子仍很少见，因而进一步加强这方面的研究是十分有必要的。 青海大学本科毕业 设计： 电梯群控系统模糊控制技术的研究与设计 10 化工学院学院化工机械 模糊控制系统是一种以模糊数学为基础的计算机数字控制系统，与一般的计算机控制系统相比，模糊控制系统的控制器是模糊控制器。 模糊控制器是模糊控制的核心。 它是基于模糊条件语句描述的语言控制规则，所以又称为模糊语言控制器。 模糊控制器的构成原理如图 31 所示。 图 31 模糊控制器原理 …… …… 在前面模糊控制理论的基础上，我们可以总结出设计模糊控制器的一般步骤。 模糊控制器的设计包含以下几项内容四： （ 1）根据系统需求，选择合适的输入输出变量； （ 2）设计模糊控制器的控制规则； （ 3）确立模糊化和去模糊化的方法； （ 4）选择模糊控制器的输入变量和输出变量的论域，并确定模糊控制器的参数； （ 5）编制模糊控制算法的应用程序； （ 6）合理选择模糊控制算法的采样时间。 电梯群控系统就是在满足乘客候梯时间最小、乘梯时 间最小的前提下，将系统能耗降到最低。 这首先就决定了群控系统的多目标性。 电梯系统多个期望目标的优化实现，主要依靠群控系统的派梯功能对各呼梯信号的合理指派。 选择低能耗、高效率的电梯会使电梯系统的能耗降低，但电梯一旦被建筑师所选定，电梯系统能耗的降低就主要依赖派梯系统的合理调度。 同样，其它控制目标的实现也依赖于派梯系统的合理派梯。 电梯群控系统是一个多目标的协调控制系统，控制目标多，而且各目标之间相互关联，相互冲突。 举个例子来说 ,轿厢的拥挤度大，可以使平均候梯时间降低，但因为停靠 多，则会使乘梯时间变长；电梯系统能耗低，会使平均侯梯时间和长侯梯率增大。 传统上一般都是用综合评价系统来进行输入量 1 模糊量化处理 模糊控制规则 模糊推理（决策） 去模糊化处理 输出 输入量 n 3模糊控制 化工学院学院化工机械 11 派梯，综合评价系统虽然在电梯群控中取得很大成就，但具有不可克服的缺点。 评价系统直接计算系统的控制指标，由于存在大量不确定因素和不准确数据，使控制目标的计算不准确，计算误差直接反映在计算结果中，影响系统的控制性能。 评价系统难以考虑控制目标之间的关联性，不能正确反映各计算指标和系统整体控制目标的关系。 （ 3）对部分评价标准的模糊推理特别是输入变量的选取不够准确，使得评价标准不能准确反映系统的性能。 （ 4）没有考虑一些必要的控制标准，系统的评价函数对系统综合性能的评价不够完全，仅依据部分控制指标调度电梯，系统的综合性能仍然存在很大的不足。 模糊派梯系统出现以后，解决了很多传统的综合评价系统所不能解决的问题。 （ 1）电梯群控系统中存在着大量的不确定性、非线性、扰动性和不准确性因素，这使得派梯系统不能获得准确的数据，在获得的数据中掺杂着各种扰动信号。 模糊控制技术不仅能处理精确信息，也能处理模糊信息和其它不明确信息，能实现精确性联想和映射。 （ 2）电梯群控系统不能建立解析的数学模型来描述系 统的特性，不能用传统的控制理论进行控制。 但是人们在实际应用中总结了大量的经验和专门知识，这些经验和知识可以用规则进行描述，用以控制电梯系统。 模糊控制技术恰恰能利用控制规则，模拟人脑的推理过程，进行综合推理，实现对电梯群控系统的优化控制。 （ 3）模糊控制通过对输入量的模糊化和它的综合推理可以弱化数据的不准确对系统的影响。 通过模糊控制规则的建立可以综合考虑各变量及控制目标之间的关联以及各计算指标同系统整体控制目标之间的关系。 由以上分析可以充分说明将模糊控制应用到电梯群控中的可行性和必要性。 本章主 要介绍了模糊控制的发展概况和基本原理。 并对一般模糊控制器设计的步骤进行了总结，而且对模糊控制技术应用到电梯群控中的可行性和必要性作了详细的分析，为后面基于模糊控制的电梯群控算法的分析设计奠定了基础。 目 录 化工学院学院化工机械 13 4基于模糊控制技术的电梯调度方法 模糊电梯群控系统的运行过程如图 41 所示，乘客到达厅层按下呼梯按钮产生呼梯信号，生成的呼梯信号将被记录到层站呼梯信号列表中。 群控系统时时扫描层站呼梯信号列表，当发现新的呼梯信号后，模糊派梯调度模块首先会接收新产生的呼梯信号，并从电梯状态信息模块中 调取各台电梯的位置、内选信号 、 轿厢的剩余容量、当前运行方向信息。 随后模糊派梯调度模块将会对这些信息通过一定的规则加以分析处理；最后会根据分析结果得到一个派梯信号，指派一台电梯去应答刚才产生的层站呼梯信号。 当电梯运行到目的层站后 ， 系统会更新层站呼梯信号列表和电梯状态信息。 图 41 模糊电梯群控系统的运行过程。