基于多傳感器的電梯群控系統研究

作者：時(shí)間：2011-03-26 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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1 問(wèn)題的提出

電梯群控系統（EGCS， elevator group control system）的一個(gè)研究方向是如何采用優(yōu)化的控制策略來(lái)協(xié)調多臺電梯的運行，提高電梯的運行效率和服務(wù)質(zhì)量。運行效率的提高同時(shí)也意味著(zhù)減少乘客的等待時(shí)間和能源的消耗，直接影響著(zhù)服務(wù)質(zhì)量的好壞。這必然會(huì )考慮乘坐舒適性的問(wèn)題。研究發(fā)現，影響乘坐舒適性的因素是多方面的:啟動(dòng)/停止時(shí)的加速度及其變化，轎箱的振動(dòng)，候梯時(shí)間，運行時(shí)間，轎箱內擁擠度，在到達目的樓層期間停車(chē)開(kāi)車(chē)的次數，以及轎廂內的燈光、裝飾等，而候梯時(shí)間、運行時(shí)間、擁擠度和運行中停車(chē)次數是由群控調度算法所決定的，因此，在電梯群控調度策略中如何來(lái)提高乘坐舒適性是本研究的一個(gè)主要問(wèn)題。

自從三菱公司首次將模糊邏輯運用于電梯系統，智能控制方法已成為電梯群控系統中研究最多的調度算法:如采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )電梯調度方法，能充分利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的學(xué)習能力和信息處理能力，通過(guò)學(xué)習不斷調整網(wǎng)絡(luò )參數，實(shí)現最優(yōu)控制；基于遺傳算法的調度方法，根據客戶(hù)要求確定控制目標并用遺傳算法根據預測到的呼梯產(chǎn)生及分布等數據優(yōu)化調度評價(jià)函數的參數[ 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，由于缺少對乘客數量的了解，當某一樓層候梯人數較多以至于一部電梯無(wú)法承受時(shí)，只有該部電梯運送部分乘客離開(kāi)后，才會(huì )分配下部電梯，延長(cháng)了等待時(shí)間，而且會(huì )導致多部電梯處于空閑狀態(tài)，而乘客又無(wú)法得到足夠的電梯。為解決上述問(wèn)題，從以下兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行設計:通過(guò)配置多個(gè)傳感器以獲取更多的乘客信息，同時(shí)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(shí)間，減少停車(chē)次數。

2 電梯控制系統的結構設計

改進(jìn)的電梯控制系統結構如圖1所示。包括電梯調度控制器，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)現電梯的運行控制，開(kāi)關(guān)門(mén)控制及指令處理等功能。首先，在學(xué)習狀態(tài)下，主控制器通過(guò)記錄旋轉編碼器和各層感應器輸入的脈沖來(lái)獲取井道的高度信息和電梯的位置信息，學(xué)習完成后的運行狀態(tài)下，主控制器參照記錄的數據向變頻器發(fā)出控制信號來(lái)控制電梯的運行，并響應用戶(hù)的指令和召喚。轎廂控制器接收指令板指令和轎廂內各傳感器發(fā)送的信號，并根據主控制器和用戶(hù)的指令，控制轎廂中的設備。電梯調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(hù)的指令，同時(shí)將電梯的狀態(tài)信息反饋給用戶(hù)，實(shí)現人機對話(huà)。

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在系統中，通信信號和控制信號均采用數字方式實(shí)現，提高了控制精度，同時(shí)簡(jiǎn)化了軟件設計。各控制器之間采用CAN總線(xiàn)進(jìn)行多主式通信，快速穩定且接口簡(jiǎn)單。

3 電梯群控系統的傳感器

可將門(mén)廳中的外呼按鈕和轎廂中的內呼按鈕看作兩個(gè)傳感器，用于接收門(mén)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)送給電梯調度控制器，作為調度單元的兩個(gè)輸入信號。

位于每一層門(mén)廳中的圖像傳感器用于測算該層等候使用電梯的人數。圖像傳感器由攝像頭和與之相連的微處理器組成。為降低計算量，減少無(wú)用信息的干擾，只有當該層門(mén)廳中的召喚按鈕被按下時(shí)，圖像傳感器才開(kāi)始工作，計算候梯人數。當只有向上或向下按鈕被按下時(shí)，該圖像傳感器所計算出的候梯人數為向上或向下的乘客數量；若兩個(gè)方向的按鈕都被按下，則根據該樓層相對于整棟樓的位置來(lái)估算向上和向下的乘客人數，即:假設一棟大樓的總層數為N，第M 層門(mén)廳中的電梯上下召喚按鈕均被按下，此時(shí)該層中的圖像傳感器計算出候梯人數為X ，那么，可假設向上的乘客人數為

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其中， floor （ x）為不大于x的最大整數。

通過(guò)增加該傳感器的設置，位于井道中的重量傳感器通過(guò)稱(chēng)重來(lái)判斷轎廂中乘客的人數，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為

n = W /70

并可由此來(lái)計算轎廂還能承受乘客數量，作為該部電梯是否響應乘客外呼的依據。

速度傳感器測量每部電梯的當前運行速度，因為電梯的速度指令曲線(xiàn)在減速至平層時(shí)常采用距離原則設計，以保證電梯的舒適感、平層準確度及方便現場(chǎng)調整。同時(shí)，電梯轎廂的位置由位置傳感器通過(guò)計算脈沖編碼器產(chǎn)生的移動(dòng)脈沖來(lái)確定，并根據存儲在存儲器中的層樓高度來(lái)計算同步層。由此，電梯調度控制器根據此速度和位置來(lái)判斷電梯能響應的最近召喚樓層。圖2為電梯群控系統的傳感器配置。

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4 任務(wù)分配算法設計通過(guò)各傳感器獲取的數據，選擇以下控制參數:

①等待時(shí)間（WT）：乘客從按下召喚按鈕到進(jìn)入電梯的時(shí)間；
②乘梯時(shí)間（RT）：乘客從進(jìn)入電梯到到達目的樓層的時(shí)間；
③乘客數量（RN）：轎廂中的乘客數量，即擁擠度；
④候梯乘客數量（WN）：門(mén)廳中等待電梯的乘客數量；
⑤停站次數（SN）：乘客從進(jìn)入電梯至到達目的樓層的停站次數；
⑥相對距離（RD）：電梯從當前樓層到達目的樓層所通過(guò)的樓層數目。

然后，電梯調度控制器計算每部電梯響應某一召喚的控制參數。因為電梯召喚請求的響應是一個(gè)多輸入—單輸出的過(guò)程?？紤]到多輸入—單輸出處理困難，及系統中存在的諸多不確定性，筆者采用了一種多規則加權的模糊算法來(lái)處理，針對系統的每個(gè)輸入與輸出，將模糊推理規則在一維空間中建立。通過(guò)求所有規則輸出的加權和來(lái)得出最終的輸出。這種形式能很好地建立與修改模糊規則，比傳統的模糊推理方法有更大的靈活性。

對于一個(gè)多輸入—單輸出系統，模型描述如下：

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