电梯群控系统模糊控制技术的研究与设计毕业设计

《电梯群控系统模糊控制技术的研究与设计毕业设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电梯群控系统模糊控制技术的研究与设计毕业设计（78页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、化工学院毕业设计说明书题 目： 电梯群控系统模糊控制技术的研究与设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计

2、（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学

3、校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2

4、.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）

5、2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任

6、务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计

7、）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）

8、质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日电梯群控系统模糊控制技术的研究与设计摘要 设计简要介绍了模糊控制技术在电梯群控系统（EGC

9、S）中的应用研究现状和目前存在的问题，分析了将模糊控制技术应用到EGCS中的可行性和必要性。对大楼电梯交通的客流分布状况进行了详细的分析，并总结了5种交通模式，采用Max-Min方法进行模糊推理并识别当前的交通模式。 针对传统群控电梯的综合评价系统中存在的不足，构建了更加合理的评价电梯调度目标的综合评价函数。将平均侯梯时间少，平均乘梯时间少，长侯梯率低，能量消耗低等4个评价指标的加权平均值作为评价函数，并根据不同的交通模式调整加权系数，通过厅层呼梯信号的最终分配实现不同交通模式下电梯群的优化调度控制。 设计对4个评价指标的模糊推理过程进行了详细的分析研究，主要确定了新输入变量的隶属函数，并建立

10、了各评价指标模糊推理规则库；同时就各评价指标的可信度与输入变量之间的关系用MATLAB进行仿真，分析表明各输入变量变化能更好地反映4个评价指标的模糊推理输出值，也进一步验证了输入变量的有效性和模糊推理的正确性。 最终，仿真结果验证了设计算法能更好地实现电梯群的优化控制，充分说明了模糊控制对电梯群控的有效性和可行性。关键词:电梯，群控系统，模糊控制 ELEVATOR GROUP CONTROL SYSTEM FUZZY CONTROL TECHNOLOGY RESEARCH AND DESIGNABSTRACT Application research status and existing p

11、roblems of fuzzy control technology in the EGCS are analyzed in this thesis,the feasiblity and the necessity of applying fuzzy control technique to the EGCS are analyzed as well.The passenger flow distribution of elevator traffic are analyzed in detail.Then five traffic patterns accorfing to two ste

12、ps are summarized.The fuzzy resaoning using Max-Min method can identify the current traffic pattern. Considering comperhensive evaluation system of tradition EGCS has its own disadvantage,a more reasonable comprehensive evaluatiom function is built up.The low average waiting time,the low advantage r

13、iding time,the low long-time waiting percent and the low power consumption are the most important four evaluation indexes whose weighted average value is acted as the evlaution function.The weight coefficients are adjusted according to different traffic patterns to realize optimization scheduing con

14、trlo of elevator group by final assignment of elecator calling signals. Fuzzy reasoning process of four evaluation indexes is studied in detail in this thesis.Now subordinate functions of input varizbles are comfirmed and the fuzzy reasoning rules base of every evalution index is built.Meanwhile,the

15、 relationship between the credibility of every evalution index and input variables is simulated by the simution of MATLAB.The experimental datas show that the change of input can better reflected fuzzy reasoning output value of four evalution indexes,also further verifies the effectiveness of subord

16、inate functions for input variables and the vaildity of the fuzzy reasoning. Finally,it fully shows great efficinecy and feasibility of elevator group control algorithm based on fuzzy control.Keywords: Levator,Group Control System,Fuzzy Control 目录1 绪论11.1课题的背景11.2电梯群控技术的发展11.3 电梯群控技术的研究现状31.3.1国外研究现

17、状31.3.2 国内研究现状51.4 模糊控制技术在电梯群控中的研究现状与存在的问题51.5 设计主要研究内容62 电梯群控系统的基本原理72.1电梯群控系统的结构72.2电梯群控系统功能82.3电梯群控系统的特性分析82.3.1电梯群控系统的多目标性82.3.2电梯群控系统中的不确定性102.3.3电梯群控系统中的扰动性102.3.4 电梯群控系统的不完备性102.3.5 电梯群控系统的非线性102.4 乘客对电梯群控系统的要求103 模糊控制技术133.1模糊控制的起源和发展133.1.1模糊理论的起源133.1.2模糊理论的发展133.2模糊控制基本原理133.2.1输入变量的模糊化14

18、3.2.2 模糊推理153.2.3解模糊化153.3 模糊控制器的设计163.4 模糊控制技术的可行性和必要性分析163.4.1 传统群控电梯的派梯系统163.4.2 模糊派梯系统174 模糊电梯群控系统结构及其交通客流分析194.1 模糊电梯群控系统结构分析194.2 电梯群控系统客流运行方式204.2.1 上行高峰交通模式204.2.2下行高峰交通模式214.2.3 两路交通模式214.2.4 四路交通模式214.2.5 层间交通模式225 模糊派梯算法设计235.1 评价函数的确定235.2 模糊输入量的计算245.3 输入变量的模糊化245.3.1 HCWT的模糊化245.3.2 LW

19、T的模糊化255.3.3 CV的模糊化255.3.4 GD的模糊化265.3.5 UR的模糊化265.4 模糊推理275.4.1 电梯的平均侯梯时间的模糊推理规则275.4.2 长时间侯梯的模糊推理规则285.4.3电梯能耗RPC的模糊推理规则295.4.4 电梯的平均乘梯时间的模糊推理规则295.5 厅层呼叫信号的最终分配306 电梯群控系统模糊控制技术仿真336.1 模糊推理规则表的仿真336.1.1 SAWT的模糊推理规则表的仿真336.1.2 SLWP的模糊推理规则表的仿真346.1.3 SRPC的模糊推理规则表的仿真356.1.4 SART的模糊推理规则表的仿真376.2 派梯仿真3

20、86.2.1 仿真前提条件386.2.2 仿真结构组成386.3仿真结果分析386.4本章小结39总结和展望41参考文献43致谢45附录471 绪论1.1课题的背景 随着智能化建筑越来越多，人们对时间的观念变得越来越强，对电梯的运送乘客的效率越来越看重，电梯作为高层建筑内部一种非常重要，甚至是唯一的交通工具，其应用的规模日益扩大、复杂化，人们对电梯系统的调度和服务质量的要求也是越来越高。单台电梯似乎已经不能满足建筑物内的交通需求。因此，通过电梯群控系统(EGCS)对多台电梯的调度运行来解决单台电梯遇到的问题，从而为乘客提供了方便。 电梯群控系统（EGCS）是指将建筑物中的多台电梯根据大楼的功能

21、及楼层人口分布情况组成梯群，由微机控制系统统一管理电梯群的召唤信号，根据系统设定的优化目标和建筑物中的实际交通状况，产生最优派梯决策的控制系统1。运用电梯群控系统可以提高整个电梯系统的性能，如减少平均侯梯时间、减少平均乘梯时间、降低系统能量损耗等。而电梯群控系统设计的关键是满足乘客的生理承受能力和心理承受能力，有效的提高建筑物内电梯的利用率，从而提高服务质量。因此，对电梯群控系统控制方法的研究，对减少侯梯时间、降低能耗、改善服务质量、适应现代社会的工作需要有着十分重要的意义。 传统电梯群控方法没有考虑多部电梯轿厢和全部厅层召唤之间的相互作用关系，不能得到最优解，所以不能满足电梯群控高性能的控制

22、要求。因此如何有效地改善电梯的客流调度及高效运输是人们普遍关心的问题之一。由于电梯群控系统具有多目标性、不确定性、非线性、扰动性以及信息的不完备性等特点，无法建立精确的数学模型，所以传统的电梯控制技术不能很好地运用到电梯群控中。 针对我国目前电梯群控技术控制目标相对单一化，研究起步相对比较低，电梯群控的算法同国外的距离较大，控制技术水平相对落后的现状，我们应该认识到自己的落后和不足，并加强对电梯群控技术的研究，加大对电梯硬件技术和软件技术的投入，提高我国电梯技术水平。近些年来，电梯群控技术智能化技术发展越来越快，实现电梯群的最优调度，既是电梯群控研究的热点，也是难点和重点。 为了给乘客提供更加

23、方便，舒适的环境，需要对电梯性能做出科学、合理的评价，研究电梯新的控制方式。通过以电梯群控系统作为研究对象，寻求合适的群控算法来改善系统的控制性能。并结合模糊控制技术，通过模糊化，模糊推理，解模糊化，来有效的调度多台电梯的运行，提高电梯的运行效率和服务质量。1.2电梯群控技术的发展 电梯群控系统从20世纪40年代发展到今天主要经历了4个发展阶段。在硬件上，最开始使用的是继电器，后来使用集成电路，从1975年开始在群控系统中应用计算机，进入现代电梯群控阶段。1988年至今，主要研究方向是把人工智能技术应用到群控系统中。发展情况如表1-1所示。 表1-1 电梯群控技术发展 发展阶段 硬件 控制技术

24、和研究重点 1971年以前 继电器 区间指派 1971-1975 集成电路 控制侯梯时间 通过控制综合评价函数，重点 1975-1988 计算机控制 研究系统的动态性能 神经网络、模糊控制、专家系 1988-至今 计算机及网络 统等智能算法 1971年前，是电梯群控技术的最初阶段，采用的是继电器顺序控制。这种系统需要单一的厅层召唤系统，每个厅层设有一个上行和一个下行按钮。控制系统有效地把建筑物内的电梯分开，以提供均匀服务并在指定的停梯层停靠一台或者多台电梯。使用继电器控制可以实现电梯的无司机运行，但是其控制的主要目标是实现系统的顺序运行，运行效率较低，维护也较复杂。 第二阶段（19711975

25、年）电梯群控系统在硬件上采用了集成电路，使系统结构简化，大大提高了系统的可靠性，并能进行较为复杂的逻辑运算。这一时期电梯群控系统采用的调度方式是针对每一个具体的呼梯信号指派电梯，当一个呼梯信号注册后，系统根据交通情况和各轿厢的状态，选择合适的电梯为这个层站呼叫提供服务，这就把群控系统和单台电梯控制器简单地联系在一起，提高了整个系统的可靠性和服务质量。这种系统使用了集成电路，可以进行一些更加复杂的逻辑运算，但对候梯时间预测的计算却无法精确进行。 从1975年计算机开始应用于电梯群控系统，就此进入现代电梯群控系统阶段。这一阶段着重研究电梯群控系统的动态特性，控制方式主要是最小候梯时间控制和综合评价

26、函数控制。在第三阶段的呼梯分配系统中增加了综合评价系统，采用了包括候梯时间、长候梯率及预测误差率在内的多种因素作为评价指标，改变了系统对于时变的交通量适应性差的缺点。 第四阶段（1988至今）是电梯群控技术的快速发展阶段，人工智能的出现，使人们在研究方向上做出了一定的转变，从过去研究电梯交通系统的统计特性到如今更多地利用人工智能技术来研究电梯交通系统的动态特性，目的是更好地提高电梯群控系统的运行效率。这一阶段，电梯群控技术的研究人员致力于将专家系统、模糊逻辑、人工神经网络等智能技术应用到电梯群控系统，使系统性能进一步提高。1.3 电梯群控技术的研究现状1.3.1国外研究现状 早在1949年，纽

27、约联合国大厦首次使用继电器逻辑组成的电梯群控系统，经历了由当初的预选控制到后来的分区控制；随着计算机技术的迅速发展，计算机群控代替了传统的继电器群控。同时国际上各大电梯公司相继推出了与自己群控系统相适应的控制算法。 1970年，日立公司开发出一种运用计算机并能学习的电梯系统。1973年，日立公司又根据统计特性推出预测控制系统，以解决乘客在下行时等候电梯时间。与此同时推出的CIP/IC系统可提供文字信号，从而应答乘客的呼梯信号。计算机群控系统使用等待时间预报控制，电梯到达各个楼层的时间预报准确性进一步提高，但其使用的等周期运行方式不能令人满意，长时间候梯仍是需要解决的问题。 1976年，三菱公司

28、使用呼叫分配的方法，推出了OS75系统，候梯时间和预测误差率等被作为评价指标。与以前的系统相比，这一代的群控系统极大地降低了平均候梯时间和长候梯率。 1984年，日立公司推出了CIP一52000系统，不仅减少了平均侯梯时间，同时也减少了系统能量损耗。 90年代己有几家大的电梯公司将智能控制应用到电梯群控系统，其中Otis公司、日本三菱、东芝、富士达、美国的奥的斯、德国的蒂森、瑞士的迅达、芬兰的通力等电梯公司都已推出自己的智能电梯群控产品，而Otis公司为其中的领先者，在电梯群控领域拥有近20项专利。电梯制造企业是智能化群控技术的主要开发和应用者。不同公司都有自己的不同特色之处。产品型号及特点2

29、 。如表1-2所示 表1-2 群控产品型号及特点 公司名称 Otis Mitsubishi Hitachi Schilldler Fujitee Kone Toshiiba群控产品 Elevonie Sigma-A1 FI-340G AJTP Flex TMS9000 EJ-1000 名称 Class 2200 8820/8830产品特点 奖罚算法 神经网络 遗传算法 神经网络 自学习 人工智能 神经网络 模糊控制 模糊控制 模糊推理 模糊逻辑 模糊逻辑 目前从电梯群控技术角度而言，国外电梯群控的研究主要是采用智能控制技术进行群控算法的研究，主要有以下几个方向：（1）基于专家系统的群控算法专家

30、系统是基于知识的系统，用在某个特定的领域的专家多年积累的经验知识来求解需要专家才能解决的困难问题。电梯群控系统具有的随机性特点使得专家系统适用于这一领域。电梯群控专家系统是由知识库、数据库、推理机、解释部分及知识获取电梯界专家的知识及经验，经过“知识表达”表达专家的思维与知识，形成一定的控制规则并存入到知识库中。数据库存放专家系统当前工作已知的一些情况、用户提供的事实和由推理得到的中间结果。推理机的目的是用于协调整个专家系统的工作，它根据当前的输入数据和信息，再利用知识库中的知识，按一定推理策略去控制电梯。解释部分主要是解释系统本身的推理结果，回答用户提出的问题。（2）基于模糊逻辑的群控算法3

31、1965年，美国人首次提出模糊集合概念，引入“隶属函数”来描述差异的中间过渡，开始为研究模糊性规律提供了数学规律4；在以后的研究过程中，人们把模糊集合论的思想应用于控制工程领域，形成了这种智能控制方法。模糊控制的群控系统是由专家知识决定隶属函数和控制规则，并用其来确定以后的电梯群控器的行为，以这种方式运用专家知识，就能使控制器更好的处理系统中的控制目标多样性、随机性和非线性。在电梯群控系统中，模糊规则的应用意味着用专家知识来实现每个派梯方案的评价。与仅仅使用补偿函数的方法相比较，运用从经验丰富的专家那里获得的各种控制规则进行电梯控制，能够获得更好的效果5。（3）基于神经网络控制的群控算法人工神

32、经网络是介于推理与数值计算之间的一种数学工具，它具有很好的学习能力和适应能力，因此它适合用来作为智能控制的工具。由于电梯群控系统具有随机性和非线性，所以很难建立精确的数学模型，而神经网络学习的主要优点在于它可以通过调整网络连接来得到近似最优的输入一输出映射，适用于难以建模的非线性动态系统，这就使得神经网络在电梯系统中有广泛的应用前景。 （4）基于遗传算法的群控算法遗传算法是一种高效并行的用于问题求解的全局搜索方法，在有多个呼梯的情况下可搜索到最优派梯方案，而传统的派梯算法在派梯时总是逐个分派，串行处理，不能满足多目标最优调度的要求。但是遗传算法的计算量较大，为保证采用遗传算法优化派梯的实时性，

33、需要对遗传算法进行速度测试。在启动遗传算法搜索最优派梯方案时，每次在速度允许范围内进行若干次搜索即停止搜索，按照最优个体派梯，这样虽然搜索到最优解的概率很小，但是当群控系统在遗传算法寻优结束并按照最优个体派梯后，若有新的外呼梯产生，则重新搜索最优派梯方案；若没有新的呼梯产生，则派梯算法可在现有派梯方案的基础上继续调用遗传算法搜索最优派梯方案。每一种算法都有自己的特点和自己的不足之处，因此上述方法经常结合使用。从总体发展的趋势来看，电梯群控技术需要在电梯能量损耗、性能提高、结构紧凑和控制系统的数字化、智能化等这些方面加以改善和提高。智能控制技术在电梯群控算法中的应用如表1-3所示。 表1-3 电

34、梯群控的智能化调度算法 智能控制技术 专家系统 模糊控制 神经网络 遗传算法 减少系统响应时 减少候梯和乘梯 减少侯梯时间 减少侯梯时间 主要控制指标 间和服务时间， 时间，减小拥挤 减少候梯时间 度，降低长候梯率 1.3.2 国内研究现状在我国，电梯群控的研究最早见于1990年，国内对于电梯群控的研究起步比较晚，但发展速度很快，主要研究电梯群控系统和人工智能。近几年我国在这方面的工作主要表现在引进国外先进技术和产品上，在此基础上力争推出自己的产品。虽然我国电梯业大量引进国外先进技术，但是很多停留在产品引进上，对关键电梯群控技术仍未能消化或根本未能引进。因此国内这方面的研究仍落后于国外，有待进

35、一步赶上。1.4 模糊控制技术在电梯群控中的研究现状与存在的问题从1988年日本三菱公司在电梯群控系统中应用模糊控制技术以来，各大电梯公司都对模糊控制的电梯群控系统进行了大量的研究和设计，并取得了一定的成果。都是分别以减少侯梯时间、减少长时间侯梯、减少电梯的起停次数和降低系统能耗分别为主要目标。由于这些控制系统都是单一的将主要目标作为控制目标，并没有从总体上综合考虑电梯群控系统的性能，因此其综合性能并不高，也不能满足人们对群控系统多目标的要求，特别是这些群控系统都不能对交通流进行很好的识别，因此在实际应用中有极大的局限性。现在，电梯群控系统研究的方向已从对单一性能的控制研究转变为对电梯群控综合

36、性能评价的研究。关于电梯群控系统的最优调度问题，通过对乘客平均侯梯时间、乘客平均乘梯时间、长时间侯梯率和系统能耗等方面的研究，人们运用了模糊派梯的方法，来实现最优调度问题。近几年来，国内大量学者致力于电梯群控的研究，取得了很大的成就，但仍存在一些问题:（1）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。（2）对评价指标的模糊推理的输入变量的隶属函数的确定有待更进一步的研究改进，各评价指标的可信度与输入变量之间的关系用仿真软件进行分析的很少，各输入量变化不能直观的、很好地反映4个评价指标的模糊推理输出值。（3）对于一个电梯群控系统，在不

37、同的应用场合下，具有不确定性和多目标性。所以控制算法在结构上易于扩展很重要。以前不能全面的充分验证群控算法的优越性，不能应用于各种不同的场合，可扩展性和通用性不强。1.5 设计主要研究内容本文将模糊控制技术运用于电梯群控系统中，对电梯群控系统中交通模式的识别和调度算法的确定进行了详细的研究。具体来说，论文的主要研究内容包括以下几个方面：（1）对模糊控制技术在电梯群控系统中的应用研究现状和存在的问题进行了详细的分析,分析了模糊控制技术应用到电梯群控系统中的可行性和必要性。（2）分析了模糊电梯群控系统的结构，将模糊控制技术应用到建筑物交通客流模式的识别中。（3）针对传统群控电梯的综合评价系统中存在

38、的问题和不足，构建了对电梯调度进行评价的全新的综合评价函数，将乘客平均候梯时间少、平均乘梯时间少、乘客长候梯率低以及电梯能耗少4个重要指标的加权平均值作为新的评价函数，使厅层召唤的分配达到最优。（4）确立全新的输入变量的隶属函数，同时对各评价指标模糊推理库的建立进行深入的分析研究。同时对模糊派梯进行了简单的MATLAB仿真。2 电梯群控系统的基本原理 2.1电梯群控系统的结构电梯群控系统的结构因生产厂家的不同而不同，但基本结构大体上是相同的。它包括：轿厢、呼梯按钮、轿厢控制系统、通信系统、群控系统（派梯模块、交通模式辨识模块、交通数据管理模块等）、其他辅助设备（声音制导系统、显示系统、远程监控

39、系统）。图2-1为电梯群控系统基本结构框图。 图2-1电梯群控系统基本结构框图 工作过程：在某层按上或下行按钮，此信号经通信系统输入群控系统，群控系统选择与此时的交通模式相适应的派梯策略，根据客流，呼梯信号情况以及各轿厢的状态，选出一个合适轿厢。令合适轿厢到该楼层，去接乘客，接到乘客后，向乘客所要想去楼层上下行，此时，轿厢将此目的层信号传输给群控系统，到达目的层，乘客走出轿厢。 在这个过程中，轿厢控制器接收控制器组的指令，控制单体轿厢的运行，并将轿厢的状态反馈给控制器组。控制器组轿厢控制器发出控制指令，同时进行信息处理。学习模块对系统进行学习，并对系统进行实时调节。2.2电梯群控系统功能（1）

40、数据采集功能调度系统应实时检测电梯系统中每一台电梯的运行状态，如每台梯的当前位置、运行方向、载重、速度、梯内呼叫信号等，并将这些信息传到群控系统，进行相应的调度处理或者显示处理。 （2）数据通信功能 电梯群控系统要实现对电梯运行的合理分配和优化调度，就要在群控系统和底层电梯控制器间建立“信息通道”，实现双向通信，进行信息数据和控制命令的传输。（3）控制功能群控系统中，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，而是先送到群控系统。群控系统根据各梯的当前状态信息，采用一定的调配策略，用算法分析出哪台电梯响应此呼叫信号会使电梯系统得到最

41、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层外呼梯信号，也可以使某台电梯对某个厅外呼梯信号不予响应。（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电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、电梯内呼叫信号、响应情况等信

42、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。2.3电梯群控系统的特性分析 电梯群控问题实际上是对多台电梯的调度问题，电梯群控系统是一个非常复杂的系统，其复杂性表现为电梯群控系统所固有的多目标性、不确定性、扰动性、信息不完备性和非线性6。2.3.1电梯群控系统的多目标性 电梯群控系统在运行时需要同时对多个目标进行优化，满足不同的服务目标，实现多个目标的最佳服务控制。主要评价指标如下：（1）平均侯梯时间（Average Waiting Time）乘客

43、的侯梯时间是指从乘客按下层站呼梯按钮到应召电梯到达该层为止经过的时间。平均侯梯时间是某段时间内所有乘客的侯梯时间的平均值，这是群控算法重点控制的目标之一，也是评价电梯群控系统性能好坏的重要性能指标之一。（2）长时间侯梯率（Long Waiting Percent）当乘客的侯梯时间超过60秒时称为长时间侯梯；长时间侯梯率是指一段时间发生长时间侯梯的乘客数和乘客总数的百分比。影响侯梯时间的主要因素有电梯的速度、配置台数、召唤的频繁程度等，由于乘客的心理烦躁程度与侯梯时间的平方比成正比，当侯梯时间超过60秒，即出现所谓的长时间侯梯率，其心理烦躁程度急剧上升，所以应尽量减少长时间侯梯事件的发生。（3）

44、系统能耗（Power Consume）单台电梯的能耗与所选电梯的驱动方式，机械性能有关。电梯全速运行时所消耗的电能远远低于减速和加速时电能的消耗。电梯停靠的次数越多，所耗的电能就越多。对电梯群控系统而言，电梯型号一经确定，单台电梯一次起停的电能消耗就已经确定。所以电梯群控系统产生主要依靠群控系统合理地安排与调度对呼梯信号的响应，尽量减少起停次数，同时起停次数的减少也会延长群控的整体寿命。（4）平均乘梯时间（Average Riding Time）乘客从进入电梯轿厢到乘客到达目的层，离开电梯为止经过的时间称为乘客乘梯时间。例如坐公交车一样，乘坐的时间太长会使人产生急躁感和厌烦感。另外，电梯中途停

45、靠次数过多，乘客也一样会变得十分烦躁，所以乘客乘坐电梯的时间不应该超过既定的值，应保持在一定的时间限度内。（5）客流的输送能力（Transportation Ability）提高电梯的输送能力是电梯群控的重要目的之一。客流的输送能力一般用30分钟输送乘客的人数来衡量。输送能力不足往往会造成乘客的拥挤，平均侯梯时间长等不良性能，特别是在上行高峰期，客流密度极大，需要电梯系统迅速将乘客送往各目的层，由于电梯的速度，加速度受人的生理因素的限制，仅仅靠提高电梯的速度来提高运输能力，显然是不可能的。而大楼一旦建好，电梯的数目也就相应确定，因而输送能力的提高只能通过改进电梯调度算法使乘客的目的层相对集中，

46、减少电梯的停靠次数，以及充分利用轿厢的载重空间来到达目的。（6）预测轿厢到达的准确度（Forecast Accuracy）很多电梯系统配有电梯到达时间显示系统，如果预测不准会造成乘客的不安和烦躁，也会降低系统的整体性能。（7）轿厢内拥挤度（Crowding）轿厢内拥挤度的增大会给乘客带来的不便是不言而喻的，合适的轿厢内拥挤度，会提高乘客乘坐的舒适感。以上是电梯群控系统的主要性能评价指标，由此我们可以看出电梯群控系统是一个多目标的复杂的控制系统，并且各个目标之间相互关联，相互影响。比如若想要降低乘客的平均候梯时间，则可能导致电梯系统能耗增加；若想降低乘客的平均候梯时间，则可能会使乘客的最长候梯机

47、率增加。所以各个指标之间的相互平衡成为电梯群控的控制难点。2.3.2电梯群控系统中的不确定性 电梯群控系统存在着大量的不确定性。 （1）每一层候梯乘客的数量是不确定的； （2）呼梯者去目的层是不确定的； （3）呼梯信号的产生层是不确定的； （4）楼层内的客流量是不确定的； （5）乘客发出呼梯请求是不确定的。 这些不确定的情况使得电梯群控系统采取最合适的策略带来了一定的困难7。2.3.3电梯群控系统中的扰动性 电梯交通系统中具有扰动性，这种扰动性是随机的，例如： （1）乘客在电梯外错误地按错呼梯按钮，造成不必要的停靠站； （2）乘客在电梯内错误地按错要去的楼层，造成不必要的停靠站； （3）乘客可

48、能过长的保持开门状态，延迟了轿厢的正常运行。2.3.4 电梯群控系统的不完备性 电梯群控系统中存在着大量的不完备信息。 （1）电梯轿厢内有多少个乘客这个数据是无法精确采集，所以无法精确预测电梯外乘客需要候梯的时间； （2）乘客进出电梯轿厢的时间因每个人的差异而不同，不能获得准确的数据； （3）如果乘客进入电梯轿厢后没有确定的前往的楼层，这也无法准确预测电梯外乘客候梯的时间和电梯轿厢内乘客乘梯时间。2.3.5 电梯群控系统的非线性 （1）对同一组呼梯，在不同的时间标度下，轿厢的分配是不同的，轿厢分配的变化是不连续的； （2）所能分配的轿厢数目是有限的，受系统所有轿厢数目的限制； （3）轿厢容量是

49、有限的，当轿厢容量达到饱和点时，轿厢将不停止； （4）轿厢会在中间层频繁改变方向。 由于电梯群控系统的复杂性，再加上乘客到达目的楼层的距离和所用时间，开，关电梯门时间等均是不确定因素，所以用通常方法很难确定评价函数中的权重参数，很难建立起控制系统的正确模型。2.4 乘客对电梯群控系统的要求 电梯乘客对电梯性能的评价是十分重要的。作为大楼公共交通工具的电梯系统，最重要的是安全运行。这样，乘客对电梯才能产生一种信任感。乘客对电梯的要求可以从乘客生理上和心理上两个方面来分类；即生理的承受能力和心理的承受能力。 乘客生理上的要求是指乘客对其在垂直平面内的轿厢运动方式提出要求。当人们在电梯所在的垂直平面

50、内运行时，引起体内器官在体内移动，从而产生不舒服的感觉，这种感觉发生在人体承受加速或者减速时，即所谓的重力加速度效应。人们对于重力加速度反映的轻重，不仅取决于年龄，还与人们生理和心理方面的健康状况，以及运动是否突然发生等因素有关。到目前为止，还没有一个明确的理论来解释加速度和人体健康之间的关系，但凭借经验可以知道；人们对电梯的运行速度的适应性是很强的，甚至可以说是没有限制的，但是对加速度的适应却是有限的。因此加减速度应限制在大约1.5m/s2 之内，加速度的变化率应限制在2m/s3之内8，人们的不舒服感正是由加速度变化率引起的，如果加速度变化率不超过2m/s3且保持恒定，这种不舒服感便可以减轻

51、。 可以预料，人们心理上的感觉是十分微妙的。乘客对同一部电梯的服务级别有一定的要求，但同样是这位乘客在一天中的不同时间及不同地点，却对电梯的服务级别有着不同的要求。例如一个工作人员，在上班乘电梯过程中对电梯的服务没有太多的要求，但在下班时若不能乘电梯迅速离开办公大楼，心情将变得十分烦躁。相对而言，就不会对自家住宅电梯的服务级别作相同的要求。乘客的这种要求可以归纳为乘客对侯梯时间的要求，侯梯时间是主要的心理因素，而乘客的乘梯时间的长短是影响乘客心理状态的第二因素。 乘客对电梯生理上的要求一般可以通过改善单台电梯的运行性能来满足，这些改动现在已经由电梯生产厂家直接在电梯的运行参数中予以保证，一般不

52、在电梯群控配置设计的考虑范围之内，而乘客心理上的要求就不是简单地改善电梯系统的运行能够满足的了，它需要通过对电梯群的有效协调控制来满足。乘客对乘坐电梯的心理要求主要表现在对侯梯时间和乘梯时间的要求上，但在不同的客流交通情况下，转变为不同的具体要求。 以上所提到的电梯群控系统的多目标性、不确定性、扰动性、不完备性、非线性，乘客对电梯的心理要求说明电梯群控系统是一个非常复杂的控制系统。3 模糊控制技术3.1模糊控制的起源和发展 3.1.1模糊理论的起源模糊数学诞生于1965年，它的创始人是美国的自动控制专家L.A.Zadeh教授。在这一年L.A.Zadeh教授发表了Fuzzy Sets这一具有开创

53、性的论文，他首次提出了用隶属函数（membership function）来描述模糊概念，可以表达一个模糊概念从“完全不属于”到“完全隶属于”的过渡，能对所有的模糊概念进行定量表示，创立了模糊集合论，从而突破了经典集合理论的局限性。1974年，英国学者E.H.Mamdani首先将模糊理论用于锅炉和蒸气机的控制9，并在实验室内作了成功的实验，这不仅验证了模糊理论的有效性，也开创了模糊控制这一新的领域。模糊理论之所以在信息时代获得如此迅速的发展，是由于它为信息革命提供了一种新的富有魅力的数学工具与手段，具有许多优点：第一，虽然模糊控制是在模糊理论的基础上运用模糊算法进行模糊推理，但经过解模糊化后可

54、以得到明确的结果。第二，不需要建立被控对象的数学模型或不需要建立精确的数学模型，建立模型对于有些复杂的非线性不确定系统来说是很难办到的。第三，模糊控制可以建立自己的规则。由于这些规则是根据人的经验和行为来确定的，所以其非常接近于人的思维。3.1.2模糊理论的发展 模糊理论刚刚出现时，它遭到了理论界的激烈反对10，很多科学家都认为模糊理论毫无新意，不能解决现实问题，甚至还有人认为这是一种伪科学。但同时也有很多学者看好模糊理论，并投入到模糊理论的研究中，随着研究的不断深入，模糊理论得到了迅猛的发展，在理论得到不断完善的同时，在应用上更是取得了很多成果。模糊理论的研究和应用有以下几个方面： （1）模

55、糊理论的基础研究 包括模糊控制的稳定性研究，模糊模型及辨识，模糊最优控制等等； （2）模糊自适应控制、模糊自组织控制等； （3）模糊信息处理 包括模糊资料库、模糊专家系统和自然语言处理等； （4）机器智能化 包括智能控制、大型系统控制、机器人控制、语言识别、影像处理等； （5）社会科学方面 包括预测决策、医疗、心理学、地质、大气环保和海洋研究等；其中模糊理论在控制方面的应用最早，取得的成就也最多。3.2模糊控制基本原理 模糊控制技术是一种以模糊数学为基础的计算机数字控制技术，与一般的计算机控制技术相比，模糊控制技术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

56、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3-1所示 输 出去模糊化处理数字量输入模糊量化处理模糊控制规则模糊推理决策图 3-1模糊控制器原理3.2.1输入变量的模糊化 模糊控制器的输入变量有时会使精确量11。当为精确量输入时，需要对精确量进行模糊化处理，为了使模糊的语言更加形式化和定量化，进一步刻画模糊的程度，便引入了模糊算子。通过“精确量语言量精确量”的步骤，就可以将精确量以语言形式表达的模糊程度加以量化。在模糊理论中，通常用隶属度来表示。利用隶属函数反映某一精确量隶属另一语言形式的模糊程度，称为隶属度。 人根据自己的经验，将精确量变成模糊量。因此，隶属函数的确定完全是由人主观决定的，但仍然要遵从一些原则。 （1）应考虑操作者的习惯和经验，并遵从语意顺序，确定对精确量划分的各个语言变量，比如:小、中、大、慢、中、快等，当然还可以细化，如:很小、很大等。语言变量确定得多，控制上会比较灵活细腻，但规则数目过多，比较复杂；语言变量数目少，控制规则的数目也少，可能会不够精确。实际上，一般取对称的39个语言量即可，且一般为奇数个。 （2）要考虑语言量对应的模糊集的确定。每一个语言量都应对应一个正规凸模糊集，这些模糊集应覆盖所反映的精确量的全部取值范围，中间不应有断档，以免造成失控。相邻模糊集应该有交集，间隔的模糊集一