（机械电子工程专业论文）基于领域知识的电梯动态最佳群控方法.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 电梯是高层建筑中不可缺少的垂直交通运输工具，随着高层智能建筑的大量 涌现，对电梯系统性能提出了越来越高的要求。近年来，电梯控制技术得到了快 速发展，许多先进控制技术应用于电梯群控系统，极大地提高了电梯群控系统的 性能，但还有不少突出问题亟待解决。 本文以电梯群控系统作为研究对象，在对电梯控制技术深入分析基础上，构 建了电梯动态最佳群控系统，提出了一种新的基于领域知识的动态最佳群控方法。 建立了电梯动态最佳群控系统的分析模型和设计模型。利用m f c 框架结构，编制 了系统运行动态仿真程序，进行了实例仿真计算和对比分析。 本文构建的电梯动态最佳群控系统由综合数据库模块、知识库模块、推理机 模块、数据采集与状态监测模块以及人机界面与知识获取模块，和故障查询模块 等部分构成。其中知识库模块和推理机模块是本电梯群控系统的核心部件。 本文提出的基于领域知识的动态最佳方法的原理是：在优化条件打破时，根 据新的电梯状态和客流情况，将厅内召唤信号进行优化重新分配给各台电梯，并 实时监控各个电梯的运行状况，对故障电梯及时调离，直到排除故障后才重新进 入待安排或运行状态，使梯群达到整体协调优化。 动态最佳方法基于领域知识，采用了智能逻辑理论和模糊推理控制的方法， 根据电梯运行交通流量、候梯分布状况、乘客流向等信息，模仿人类头脑中的智 能”原则，进行自我学习，将学习到的电梯调度方法与规则储存到知识库中；在 发生厅内召唤时，根据知识库中的知识，通过预测将厅内召唤分配给最适当的电 梯，最大限度地提高梯群的整体运行效率。 按照面向对象软件工程方法，把电梯群控仿真系统的理论基础作为需求定义 模型，由此进行面向对象的分析和设计，得到了分析模型和设计模型。在完成实 现模型阶段，应用v c 的m f c 框架结构，成功研制出电梯动态最佳群控仿真系统。 通过对具有不同配置和客流交通模式的办公楼和住宅楼进行了梯群运行仿真，在 相同条件下，与一般厅内召唤分配方法相比，采用本文所提出的电梯动态最佳方 法能得到更短的平均候梯时间。 本文提出的动态最佳方法实现了梯群的合理分配、较好地解决了电梯控制技 术不能很好地适应客流交通状况频繁变化的难题，达到了智能电梯群控系统的技 术水平。 关键词：电梯群控智能系统，动态最佳群控技术，面向对象软件工程方法，m f c 框架结构、系统仿真 重壅查堂堡兰垡堡苎 茎苎塑至 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h et e c h n i q u eo fe l e v a t o rc o n t r o lg e t sf a s td e v e l o p m e n t ，ag r e a t d e a lo fc o n t r o l t e c h n i q u ea p p l yt o t h ef i e l do ft h ee l e v a t o r g r o u pc o n t r o l s y s t e m ( e g c s ) ，a n dt h a tl e a d st om a k et h ec o n t r o la b i l i t yg e tv e r yb i ge x a l t a t i o n b u t s t i l lh a v et h en o taf e wa n do u t s t a n d i n gp r o b l e m st on e e ds o l v e d t h u st h el e s s o n s r e s e a r c hc o n t e n t s ，e g c s ，a r ee s t a b l i s h e d f o r f o l l o w i n gt h e a b r o a da d v a n c e d t e c h n i q u e ，a n da s f a ra s p o s s i b l et os h o r t e nw i t ht h em a 西no fa b r o a ds c i e n t i f i c r e s e a r c hl e v e l ，i ti so r d e r e dt h a tt h el e s s o ni sc l o s e dt ot h ee l e v a t o rg r o u ps m a r t c o n t r o ls y s t e m ( e g s c s ) a n dw i l lb ec r e a t i v e t h i sc o m et oad e c i s i o nt h a tt h i sl e s s o n s h o u l dh a v et h ep r o s p e c t ，b ea d v a n c e da n dc r e a t i v e h o w e v e ri nt h ee g c si ti sd i 伍c u l tt oh a v er e a s o n a b l ea l l o t m e n tf o re l e v a t o r g r o u p b e c a u s eo ft h ei n d e t e r m i n a t i o n ，r a n d o m i c i t ya n dn o tf i n ew a i t i n gf a c t o rf o rt h e e g c s ，t h em a t h e m a t i c sm o d e lf o re g c sc a n tb ee s t a b l i s h e dc o m p l e t e l yp r e c i s e ，b u t t h ec o n d i t i o no fe l e v a t o rc a na ta n yt i m ea c q u i r e dt h i sl e s s o nd o e sal o to fr e s e a r c h w o r kd e e pi n t oe g s c s ，a n db r i n g su pan e wc o n t r o ls t r a t e g y ：t h ed y n a m i ca n db e s t m e t h o do ftb a s e do ft h ef i e l dk n o w l e d g e ，t h a tc a na t t a i nat h ew h o l ec o o r d i n a t i o no f e l e v a t o rg r o u p t h ew a yt ou s et h ed y n a m i ca n db e s tm e t h o di st h a tw h e nt h et e r m b r e a k , a c c o r d i n gt ot h e n e we l e v a t o rc o n d i t i o na n dm o v e m e n tc o n d i t i o nf o r p a s s e n g e r s ，t h es i g n a l si n v o k e di n s i d et h eh a l la r ca s s i g n e dt oe l e v a t o rg r o u p ，a n d e a c he l e v a t o ri ss u p e r v i s e da n dc o n t r o l l e di n r e a lt i m e t h ee l e v a t o rp r o d u c i n g b r e a k d o w nc a nb ei nt i m ep r e v e n t e df r o mw a i t i n gf o ra r r a n g i n go rm o v e m e n t a p p e a r a n c eu n t i lt h ee l e v a t o rh e a l s t h i sc a nk e e pc o n t r o ls a f ea n de f f i c i e n t ，t oa t t a i n t h eb e s tw o r ka p p e a r a n c e t h a tm e t h o d ，a c c o r d i n gt of i e l dk n o w l e d g e ，a d o p t st h e i n t e l l i g e n c el o g i ct h e o r i e sa n dt h ec o n t r o l sw a y t or e a s o nl o g i c a l l y t h ee n dt a r g e ti s 血a te g c s i na c c o r dw i t ht h ea c t u a lm o v e m e n tt r a n s p o r t a t i o no fe l e v a t o r , t h e d i s t r i b u t ec o n d i t i o no ff l o o r sw a i t i n gf o re l e v a t o r s ，t h ed i r e c t i o np a s s e n g e rf l yt o ，c a n m i m i c r yt h ei n t e l l i g e n c ep r i n c i p l ei nt h eh u m a nb r a i n ，p r o c e e dt h ee g os t u d y , a n dw i l l s t o r et h a ts t u d yt h ee l e v a t o r sm e t h o da n dr u l ei n s i d et h ek n o w l e d g el i b r a r y u s i n gt h es o r w a r ee n g i n e e r i n gf a c i n gt ot h eo b j e c t t h et h e o r i e sf o u n d a t i o nf o r e g c si sm a d ei n t ot h em o d e lf o rn e e d ，s ot h ea n a l y s i sa n dd e s i g nf a c i n gt h eo b j e c t g e tt h ea n a l y s i sm o d e la n dd e s i g nt h em o d e l a tt h es t a g eo fc o m p l e t i n gt h e r e a l i z a t i o nm o d e l ，t h em f cf r a m ec o n s t r u c t i o ni nv ci su s e d ，a n ds u c c e e di nt h e i i 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 r e s e a r c ho fe g c s a n dc o n t r a s t i n gt h eg e n e r a lm e t h o da s s i g n i n gt h es i g n a l si n v o k e d i n s i d et h eh a l la tt h es a m ec o n d i t i o n ，t h em e t h o dg e t st h es a t i s f i e dc o n t r o lr e s u l t t k i s b u i l d ss o l i db a s i sf o rt h el a t e l yw o r k ，a n dp r o v i d e st h ec a l c u l a t i n ge x a m p l ea n dt h e o u t l o o kt o w a r d sf o l l o w i n gr e s e a r c hw o r k k e y w o r d s ：e g s c s ，t h ed y n a m i ca n db e s tm e t h o do f e g c s ，s o f t w a r ee n g i n e e r i n g f a c i n gt ot h eo b j e c t ，m f cf r a m ec o n s t r u c t i o n ，s y s t e me m u l a t o r i l i 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 绪论 1 1 引言 电梯是高层建筑中不可缺少的垂直交通运输工具。随着高层建筑和智能化建 筑的不断出现，现代化大厦中大量人流、物流的垂直输送将是一个突出的问题。 作为公共交通工具的电梯系统，应通过合理的管理调度，在保证安全运行的基础 上，达到充分发挥电梯运输能力、缩短乘客候梯时间和减少能耗的目的。因此现 代高层建筑对电梯系统的性能提出了越来越高的要求。 自电梯问世以来，从单梯运行到双梯并联运行，再到电梯群控系统运行，己 逐渐形成了电梯群控理论。从研究电梯交通系统的统计特性到研究电梯交通系统 的动态特性，在电梯控制系统中利用了各种人工智能控制技术，通过对多台电梯 的优化控制，使电梯系统具有更高的安全可靠性和运行效率。 高层建筑的出现和建筑面积的扩大，需要并排设景多台电梯( 即梯群) ，以完 成大楼内的垂直运输任务，这样便存在着电梯相互联接的问题。安装在一起的多 台电梯，要求每个单梯控制系统相互联接，且装有监控系统。在这样的系统中， 厅内召唤按钮对所有并联电梯来说是共有的，监控系统确定梯群中哪一台电梯去 应答厅内召唤，这样就形成了电梯群控系统，用以统一分配厅内召唤，统一调度 电梯。由此可见，电梯群控系统是一种为了改善对乘客的服务和降低成本，而系 统地管理一个组内的三部或三部以上电梯的控制系统。电梯群控系统所采用的电 梯群控技术，是为了提高一个建筑物内多部电梯同时服务时的运行效率、缩短电 梯对召唤的响应时间，并通过合理地调配电梯来达到节能的目的。 由于采用模糊控制、神经网络控制等实现的电梯群控系统相继出现，电梯系 统的智能化已成为高层建筑智能化的重要标志，对电梯群控技术的研究已经成为 电梯界研究的热门。 1 2 近年来电梯群控技术的发展状况 电梯群控系统由梯群、群控器( 中央控制器) 和信号系统( 包括厅内召唤和 轿内指令) 等所构成。中央控制器通过采集每个电梯的轿内指令、厅内召唤、载 重量和位置等，对电梯群进行统一管理调度，实现各电梯的协调运行，其核心就 是电梯群控技术。乘客如想去某一楼层，则按厅内召唤按钮并等待电梯来临。中 央控制器则根据现有的召唤信息，运用电梯群控技术来从一组电梯中选择最合适 的电梯响应此召唤。然后该乘客进入电梯，在梯内随机指令面板上按下所要去的 楼层按钮，这样电梯完成一个运输任务。 重庆大学硪圣学位趋文1 绪论 1 2 1 早期的电梯群控技术 最早的电梯群控系统使用继电接触控制”，被称为“自动方式选择系统”，它 通过在上行、下行高峰以及平峰、双向时选择运行命令来工作。这是群控的最简 单形式，称为方向预选控制，它适用于两台或三台电梯组成的梯群。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。 简单的两台电梯组成的梯群，可以用静态和动态两种方法将厅内召唤进行分 区n 所谓的分区是指两台电梯分别服务于交替的楼层。分区控制缩短了电梯的单 台运行周期，运行效率有所提高。动态分区的算法比较复杂，故主要以静态分区 法为主。但是近年来，动态分区法的研究受到了重视t 2 , 3 。 随着集成电路的发展和应用，1 9 7 0 年以后，厅内召唤分配系统开始发展。当 一个新的厅内召唤产生时，就选择一部合适的电梯来响应厅内召唤。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。它在随后的十几年里非常流行，目前国内部分地使用了该系统。 1 2 2 现代电梯群控技术 2 0 世纪7 0 年代中期，电梯群控系统开始使用计算机技术。计算机的应用使 人们可以利用各种人工智能技术来研究电梯交通系统的动态特性，来提高高层建 筑物内交通系统的垂直运输效率。 由于日立电梯公司在不同的发展阶段都有不同产品【4 ( 见表1 1 ) 来适应用户 的越来越高的要求，因此以日立电梯公司的产品为代表进行说明。 表1 1日立电梯公司的电梯产品 t a b l e l 1t h es e r i a lo f e l e v a t o rp r o d u c t s l 型号c i p n cc m 3 8 0 0c i p 5 2 0 0 0f i 3 2 0f i 3 4 0 g l 目标即时预定等待时间节能个性化单个楼层控制 l 技术等周期控制预测控制自学习控制专家系统遗传算法 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。 利用实时候梯时间的直接预报进行厅内召唤分配。带有计算机的群控系统提供 了良好的功能能更准确地预报电梯的运行状态，降低长时间等待的几率。 如等待时间、长等待几率和预报误差几率等被作为评价指标的全面评价系统加 入到呼叫分配系统。与以前的系统相比，这一代群控系统极大地降低了平均等 待时间和长时间等待的几率。 2 重痰大学礞壹学位论文 1 绻论 、随赣人工智能控制技术的发展，电梯群控系统开始应罔专家系统、模糊控 裁、a 互薅羟融络、蘧传算法等瓣先逶袈控镶搜零。 1 2 1 3 电梯群控智畿系统 电梯群控智能系统( e g s c s ) 最早是由东芝公司提出的。e g s c s 把多部( 三 部菠三部以上敬) 电礴作为一组，应震人工餐艉技术进行控钊。它戆基本凌缝是 选择最台滔的电梯作为厅内召唤应昝的轿黼。一个高效的电梯系统应班最小的电 梯数目配鬣应付最大的交通客流量，而且具有良好的用户管理功能。电梯系统的 主要任务怒将乘客安全、快捷、舒邂地送往目的滕。 毫联辫控蓉楚系绞l 囊驻下凡部分缀成： 厅内召唤分配单元，以分配厅内召唤； 交通控制单元，以给定分配原则； t 交透模式选择零元，戳选定灸逶模式； 交通数据收集荦元，以采集程建筑物孛聚电梯的乘客数据； 交通流辨识单元，根据交通数据来辨识交通流量； 训练数据产生肇元，使用交遗数据来产生神经网训练数据； 卒枣经隧学习擎元，定絮或不定期遗避雩亍季率经疆蠢学习； 通信单元：负资各个部分的数据通信。 电梯辩控智能系统是以平均候梯时间、长候梯几率、平均祭梯时间和能耗作 为爨缱拯懿，在考虑攀攥运霞鳋逶、安全匏蘸提下，运羁先逡戆控毒方法秘繁礁， 如模糊控制、神经网络、专家系统、遗传算法等入工智能控制方法，缩短梁客的 候梯时间和乘梯时间，掇高系统的运行效率。 l 。2 。4 存在的闻题萃鞋发展趋势 近年寒，宅梯控翻技术褥虱了祆速发震，大爨先逡的控剿技术应爱予魄横群 控系统，使电梯群控系统的控制能力得到很大的提高，但仍脊不少突出的问题p j 亟待解决，这就需要进一步研究。 鞫内傻爱翁走遴靛龟搽群按系统基本上帮逶国终毫撵公司剁造的，竣凌鏊 外电梯公司提供其控制系统部分，丽国内氛有知识产权的控制方法和技术 敬实际中的应用还未见报邋。从控制技术研究的角度鬻，国外己有的先进 掇铡技术，缀多郜掌握在各个大电梯公霸】手中，其核心技术是不公开驰， 褥国蠹在这骜方面酶研究逐有辐当大蕊藏难。 观有的电梯控制技术仍无法建立其完全精确的数学模测、难以实现梯群的 仑理分配和不能适应客流交通状况频繁变化的难题。如何把更先进的技术 藏霜子毫梯嚣攘之孛，双送一步疆裹嚣蠢邀搽系统鹣运行效搴，瀵髭忝窖 的需求，仍需溪进一步探索和研究。 3 重庆大学琰学位论文i 绪论 1 3 本课题研究目的和意义 与国外电梯群控技术迅猛的发展态势相比，我国电梯群控技术无论在理论研 究还是技术应用上，都存在着较大差距。应加强电梯群控技术的研究，提高我国 电梯控制技术水平。 随着经济的迅速发展，商用楼和宾馆大楼越来越多，并向高层化和大型化方 向发展。特别是智能化大楼的出现，对群控电梯的服务性能提出了更高的要求。 因此，对电梯群控系统控制方法的研究，将对减少候梯时间、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。另一方面，电梯采用群控方式，通 过合理地调配电梯减少能耗，能够达到节能的目的，这是符合现代潮流的。 本课题以电梯群控技术为研究内容，通过对梯群控系统的分析，建立了基于 领域知识的电梯动态最佳群控系统模型，达到梯群整体协调优化的目的。在电梯 群控技术研究中，以电梯群控智能系统作为研究重点。 电梯群控智能系统主要控制要求如下： 乘客的平均候梯时间要尽量短，办公楼一般要求在5 0 s 左右： 尽量减少乘客的长候梯率，即尽量避免产生长时间的候梯过程； 轿厢到达的预报准确率要高，减少乘客等待时的心理压力； 电梯运行时要满足人体的生理适应性，使乘客感觉舒适，加速和减速要平 稳，一般应使加速度不大于2r f l s 2 ； 电梯运送乘客的时间要尽量短，并合理分配电梯应答厅内召唤，防止聚堆 和忙闲不均； 选择能源消耗最省的方式，尽量降低能耗。 为了实现以上目标，电梯群控系统中必须采取先进的控制技术，以保证系统 具有最佳的性能。 1 4 本课题研究的技术难点与主要策略 在电梯群控系统中，有两种类型的召唤信号：厅内召唤和轿内指令。厅内召 唤是由各层电梯门厅内的按钮发出，轿内指令由乘客在电梯轿厢内发出。处于群 控状态下的梯群，在各层电梯门厅中共用一对厅内按钮，其中一个是上行召唤按 钮，另一个是下行召唤按钮。如果一个乘客按下一个厅内召唤按钮后，由群控监 控微机接收信号，并由中央控制器决定哪一部电梯去响应。然而，由于下列原因， 在电梯群控系统里是难以实现电梯的合理分配。 1 4 1 本课题的技术难点 电梯群控系统所接受的厅内召唤信号，是乘客按下召唤按钮所产生的，而产 生的时间和乘客欲到目的层，不能确定，是随机事件。此外，整个系统中存在着 4 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 许多非线性因素，比如轿厢停靠时人们上下电梯的时间就是一个非线性因素。而 乘客数是离散的数字量。因此，系统的不确定性、随机性、非线性等因素，使得 无法建立其完全精确的数学模型 6 ，7 ，但是电梯的运行状态可以随时获得。 如何更好地响应厅内召唤和处理轿内指令，提高系统的运行效率和效益，这 是我们面临的一个重要课题。这是因为： 首先，群控系统本身非常复杂，比如一个群控系统管理n 部电梯，把p 个厅 内召唤分配给这些电梯，就需要考虑n 9 的情况：其次，群控系统应考虑到紧接着 可能产生的厅内召唤；再次，群控系统必须考虑许多不确定因素，如在厅内召唤 的楼层乘客人数和轿内指令所选定的目的层的乘客人数；另外，鉴于系统的复杂 性和一些因素的不确定性，需要有一个合适的判断标准来决定电梯的调度方式， 同时群控系统应允许系统管理人员更改控制策略，例如，管理员在调度中有时要 以减小乘客等待时间为主要标准；有时要以减小能源消耗为主要标准；等等。 另外，一个先进的电梯群控系统还需要考虑许多关于电梯现在和将来状态的 因素。在某一时刻，知道每个电梯的位置、厅内召唤和轿内指令的状态等数据， 但并不知道厅内待梯的乘客数，而且未来厅内召唤和轿内指令的信息也不确定。 电梯客流交通的变化大，并且带有很大的随机性和不可预测性，使得一般厅内召 唤分配方法在处理复杂的、具有离散动态随机性的电梯群控问题时，存在以下不 足【8 ： 一旦一个厅内召唤被分配给某个电梯以后，这种分配关系就确定了，以后 新的厅内召唤产生时，以前的厅内召唤被当作已知条件而不会被改变。但 随着新的厅内召唤和轿内指令的不断产生，且由于上下乘客人数的随机性 或轿门被乘客较长时间处于开启状态等意外因素，原来的优化条件就可能 被破坏。 即使在每次都把当前未响应的厅内召唤重新用一般召唤分配方法计算一 遍，仍不能得到一个优化解，因为其方法的本质是从n 个任选项中确定 一个解答的问题，它未能考虑全部电梯和全部厅内召唤之间的相互作用， 所以在大多数情况下都不能得到最优解，甚至次优解。 1 4 2 主要策略和最终目标 本课题针对电梯群控智能系统进行了深入研究，提出了一种新的控制策略： 基于领域知识的动态最佳方法。 动态最佳方法的运用原则是在优化条件打破时，根据新的电梯状态和客流情 况，重新把厅内召唤信号进行优化分配给各台电梯，并且实时监控各个电梯的运 行状况，对产生故障的电梯及时从待安排或运行状态的电梯组中调离，直到排除 故障后才重新进入待安排或运行状态，这样使得对梯群控制一直是安全高效的， 达到最佳工作状态。 5 重庆丈学鞭七学位诧文1 绪论 该方法是基于领域知识，采用了智能逻辑理论和推理控制的方法，最终目标 是穰豢彀臻实舔豹运行交逶流量、镞梯分毒获凌、乘客流淘簿信患，模仿入类头 脑中的锕能”原则，进行自我学习，将学习到的调度电梯的方法与规则，储存 到知识滕中；在发生厅内召唤时，根据知识库中的智能学习知识，就可预测将厅 内召唤分酝绘最适当瓣逛爨，更及瓣、准确圭| 羹反姨大楼交遥状凝，最大限发壹| 盘发 挥梯群的熬体运行效率；对敌漳电梯能够及时髓测和维修，傈证梯群安全运行。 l 。5 面向对象的软件工程方法 按照嚣翔对蒙静缀刘送芎亍课题赣究帮瑟良对藏的分李厅与设计 9 1 ，强1 。i 获示了 一个典型的基于模型的软件工程生存期。 鲨型坤 围1 i 一个典型的基于模型的软件工程生存期 f i g l 。| a t y p i c a l l i f e t i m e o f s o f t w a r e e a g i n e e r i n g b a s e d o f m o d e l 建立电梯群控系统的理论基础，就是理解问题并通过适当的模型来定义需求， 露是建立嚣求定义模型。基子模型黢露随对象软馋工程方法熬懑了一个羹簧戆壤 念，都事务分离原烫i j ，将基本需求与实现区采开来。其中，分拆模垂是弼予捕捉 那些本质的成逻辑的系统需求，而不考虑基于实现的或物理的系统需求。换而言 之，分析模型主要是描述系统将要傲什么，完全不考虑具体的察现方法和技术细 节。蠢浚计模蚕黧楚髅述在菜夺给是黪实嚣强凌下，镶蠡孚螽、蕊磐、搽黪系统、 数据库、用户界面等，该如何去创谶一个特定的软件系统【1 ”。实现模型则涉及具 体的程序开发思想和技术，来最终究成本课题的研究。 本瀑惩疆究工馋遵镶上述过程。 1 6 本辈小结 本章_ 燕要介绍了避年来国外电梯群控技术发展状况和趋势，分柝了电梯群控 系统静稳躐、功篷秘纛邈控裁技本。稽整了亳梯群控菠零存京豹潺题察遴行电梯 群控系统研究的意义。最后介绍了颟向对象的软 牛工程方法。 6 重庆大学硕士学位论文 2 基予领城知识豹电梯动态最佳群控方法 2 基予领域知谖的电梯动态最佳群控方法 2 1 引裔 麦了宠鼹一般毫撵群控系绞不憝逶应客滚交逶技嚣频繁交键霜搽婺逡纾缺乏 安全性等缺点，有必黉利用在电梯的群控和故障诊断两方面公开知识和专家的经 验知识，以提高群控系统的可靠性和使之智能化，从而使梯群达到最佳运行状态， 因此，顿域知识是本电梯群控系统的基础。 作为一种交逶骚务系统，梯群管瑗调度受建筑物肉静客流需求( 客流交邋模式) 限制。建筑的功能不同，客流交通横式也不同；就是同一建筑在不同时段也可能 具有不同的客流交通模式。根据梯群运行状况，采用模糊推理进行客流交邋模式 识爨，确定搽群合理懿管理调度簸臻，镬撵群戆予最睦懿运学竣态，这裂瓷分发 挥梯群的运输能力、缩短乘客候梯时间和减少能耗的目的。因此电梯动态娥佳群 控方法对寤流交通模式的识别是一个菔点。 2 2 电梯动态最佳群控系统的组成结构 鹭2 。1 蒸予矮壤怒谖囊孽魄蝶动态最德群控系统夔主要缝掬围 f i 9 2 1s t r u c t u r e c h a r to f t h e d y n a m i ca n d b e s t m e t h o d o f e g c sa c c o r d i n g t o f i e l d k n o w l e d g e 7 重庆大学硕士学位论文2 基于领域知识的电梯动态最佳群控方法 基于专家系统的原理知识【l ”，建立了电梯动态最佳群控系统( 见图2 1 ) 。该 系统由综合数据库模块、知识库模块、推理机模块、数据采集与状态监测模块以 及人机界面与知识获取模块，和故障查询模块等部分构成 1 2 - 1 5 。其中，知识库模 块和推理机模块是本电梯群控系统的核心部件。 2 2 1 综合数据库模块 综合数据库是用于存放反映系统当前状态的事实数据的“场所”。综合数据库 分为动态数据库和静态数据库两部分。 动态数据库用来存放实时检测数据、推理过程的中间假设和最后结论。故障 诊断和电梯群控的数据主要来源于实时检测数据。系统在工作时定时检测各采样 点的数据，并存入动态数据库。每进行一次采样，将新的一组数据存入。因此在 数据库中一直保存实时检测数据源，提供故障诊断和电梯群控用。通过对实时数 据的处理，对故障状态进行判决和动态派送电梯；静态数据库则用来存放参数， 如报警上、下限值，电梯运行时间参效值、某元件故障次数等。由于进行实时诊 断，对电梯而言现场信号的时序和时差是条件部分的关键数据，为此每台电梯在 库中分别建立了一个时间数据表。 2 2 2 知识库模块 对这些电梯的群控和故障诊断领域知识进行存储和管理，这就构成知识库。 适当的知识表示是建立知识库系统的关键，常见的知识表示方法有：产生式规则， 语义网，框架，模式，脚本和逻辑，等等。 知识库部分分为群控知识库和故障知识库两部分，分别利用了电梯群控的专 家对各种客流交通状况识别和在各种客流交通状况下如何减少候梯时间、如何使 乘客上下电梯方便等方面的经验知识，以及电梯故障诊断专家所擅长的电梯故障 识别诊断等方面的知识。群控知识库采用启发式规则的知识表示，故障知识库则 采用启发式规则和框架表示法。 2 2 3 推理机模块 推理机是本系统的另一个核心。推理机实质上是一组计算机程序，其主要功 能是协调控制整个电梯群控系统，实现梯群的动态最佳控制。 进行动态优化最佳控制需要三部分内容： 通过根据状态监测并采集而得到的交通数据、建筑物信息( 保存在综合数 据库内) 和经过模糊推理识别客流交通模式所得到对应的工作模式，进行 数据分析和评价函数指标计算，得到评价函数值； 根据综合数据库内电梯群状态信息，选用故障知识库中的有关知识，对电 梯故障进行判断识别，由此得到故障电梯信息； 选用群控知识库中的相关知识。 8 重庆大学硕士学位论文 2 基于领域知识的电梯动态最佳群控方法 这样才能协调多目标，采用动态优化控制算法来分配厅内召唤和相应的电梯 调度。本系统的综合数据库、人机界面与知识获取，以及故障查询等部分对推理 机有重要作用。 2 2 4 数据采集与状态监测模块 该模块执行监测和数据采集功能，对电梯进行实时监测，使管理人员随时掌 握各电梯的运行状况。计算机通过数据采集模块检测各部电梯的运行方式与状况、 楼层位置等交通数据和电梯故障信息等等。这些数据存放在综合数据库，可供管 理人员查询电梯运行情况，同时，也被本电梯群控系统所使用。计算机根据检测 信号判断故障，当电梯出现故障时，能立即发出报警。 2 2 5 人机界面与知识获取模块 人机界面模块实现用户与系统的交互，系统采用符合w 1 n d o w s 标准的界面 形式，使用户可以通过菜单选择和屏幕提示，方便地进行电梯运行监测和电梯故 障诊断等操作，并且人机界面把用户输入的信息转换为系统内规范化的表示形式， 然后把这些内部表示交给相应的模块去处理。系统内部的输出信息也由人机界面 转换成用户易于理解的外部表示形式显示给用户。用户通过人机界面可以获得故 障诊断结果，通过询问本群控系统，可以得到对此结果的解释。专家也可通过人 机界面补充给本电梯群控系统新的领域知识。 本系统中知识的获取通过两个途径：直接输入知识；利用自学习能力，根据 每次故障诊断或派送电梯后的结果，更新数据，如原因置信度等。知识获取模块 是本系统直接输入知识来收集信息的重要渠道，并且负责管理知识库中的知识， 包括知识的修改、删除、更新，扩充新知识以及由此引起的一切必要的改动，并 对知识的完整性和一致性进行维护。它可以独立运行，可随时把电梯方面专家和 技术人员所取得的成功专业经验和知识，扩充进本系统的知识库，以改善系统知 识库的完备性和准确性。 2 2 6 故障查询模块 故障查询为用户提供了电梯的常见故障，故障原因及处理办法，方便用户了 解有关电梯的知识。同时，在故障诊断反向推理过程中，用户可以提供数据或证 据，证实或者否定基本结论，帮助得出最终结论。 2 3 知识库及相关知识 由于知识库主要功能是存储和管理本电梯群控系统中的知识，适当的知识表 示是建立知识库的关键。 2 3 1 群控知识库 在深入研究电梯群控系统的基础上，将群控系统的共性知识和专家的个性知 9 重庆大学硕士学位论文 2 基于领域知识的电梯动态最佳群控方法 识( 即启发式知识) 加以总结，并以规则的方式表达出来，构成本电梯群控系统 的群控知识库。 启发式规则的一般形式为： 规则： i f t h e n 每条规则用一个名字标识，后面跟着的是这条规则的i f 部分。在规则中i f 和 t h e n 之间的部分为条件部分，t h e n 后面的部分是结论部分。产生式规则具有与 人类思想方式接近的特点，能有效、简洁的表达领域知识。 2 3 1 1 客流交通模式分析 客流是指由乘客数、乘客出现的频率及乘客的分布情况来描述的状态变量。 它是使电梯群控系统运行的必要因素，而且也是进行建立群控知识库应考虑的一 个重要对象。由于一个大楼在不同的时期客流情况可能完全不同，即在不同时期 有不同的交通模式。所以，群控系统需要具有根据客流交通模型的变化随时选择 相应的工作模式，如图2 2 ，因此这构成了群控知识库的基础内容。 骄厢满载计数、 交 = = 令l 高峰模式 通 模 ： 平衡模式 建筑物信息、 式 识 q 睡闻警扩檬式 别 = = d 空闲模式 图2 2 客流交通模式的选择 f i g2 2s e l e c tt r a f f i cm o d e 一个典型的办公大楼的客流大致可以分为几种模式【l 6 j ： 上行高峰模式u p ( u pp e a k ) 在上行高峰模式下，暂停层间服务，保 证主要客流的尽快疏散。特别是在上下班时，为了尽快疏散客流，对厅内 召唤除了底层外其余暂不响应以达到尽快疏散客流的目的； 下行高峰模式d p ( d o w np e a k ) 在下行高峰模式下，暂停层间服务， 保证主要客流的尽快疏散。特别是在上下班时，不响应向上厅内召唤( 底 层除外) ； 瞬间繁忙模式h t ( h e a v yt r a f f i c ) 有一部分电梯工作高峰模式，通过 优先级机制来确定梯数，保证疏散速度与正常乘梯时间均不致太长： 平衡模式b t ( b a l a n c et i m e ) 由于大部分时间电梯群处在平衡模式， 1 0 重庆丈掌硪士学壹语文 2 基于该域知识靛窀撩动态最篷群菝方法 减少候横时蟛、黎檬时间翘提赢运行效拳是改善电梯群服务龄关键，滚此 嚣控算法熬妻囊露蠢是乎餐模式舞蘧； 空闲模式i t ( i n a c t i v et i m e ) 限制电梯运行的速度并暂停部分电梯运 行，调度方法与平衡模式相同，其主要可能发生的时间鼹在晚上空闲f i 于间 或繁经嚣； 在一天中这凡种交通模式交替出现。竣一、璇型办公大楼麓客流情况为倒： 在早上上班前的几分钟，职员到达办公大楼乘梯的时间很集中，5 分钟内到达的乘 客量一般占建筑物总人数的1 1 2 5 ，他们至达焉从底楼藏橼上行至达器楼层 土褒，这时麓黍客妥这攀壤裹，对应卷上嚣离礴摸式；主瑟霜澍运辜下降，其它 的交通模式随之开始，瓶到中午午餐时间到来前，大楼存在少激的层问随机流动 的客流，然时的乘客到媳率较低，对应着平衡模式；在午餐时间，大楼内人侵先 放鑫楼澄捌餐厅，裁餐黯再返匿备搂屡，这隧嚣谯不均匀的层惩滚动客流，鞑痊 蓦爨蜀繁虻模式；下鞋 l 亨麓嚣遮藏秘榉是少量麴鼹演客滚，辩液者孚衡模式；下 班时间米到后的几分钟内，大多数辩寓从各层下行到底楼后离开大楼，这时对应 着下行高峰模式。 2 。3 ， 。2 基于模糊搀瑶懿客流交通搂式谖剿 客流交通模式与新聚集裂静每一藤进盈乘客熬、召嗅方商簿信惠霄关。为了 实现交通横式的正确识别，引入了5 种交通特征拳爨：上行的聚客数( u p p ) 、下 行的乘客数( d n p ) 、最援挤楼层所进入乘客数与所有楼层魇避入乘窖数的比蠖 ( c i t p ) 、鬣撵象楼瑟爨窭去乘客数与嚣畜搂瑟餍掇去黍寥翁魄傻( d o t p ) 秘时 间( t i m e ) 。对这5 个特征量分别溅行模糊化。为了简便起见。变量的隶满瘫函 数取为三角形，所有隶属度函数的中心值a 、宽度b 要根据实际需要适当调撼。对 t i m e 量则报据不煎熬黠阕段及交遗模式耀其粼分巍t m 疆，t m d e ，聪氍，驰穗酐 霸t m r r 5 令语言毽。 把电梯专家的领域知识加以总结，用i f t h e n 语句来表示模糊规则构成模糊 舰则库( 属于群控知识摩) ，其中输入变量均为模糊化后的值。豳2 3 表示了交通 模式斡模鬻摧理过程。s 令蒋狂受作为摸释握理懿输入变量，客流交逶旗式瓣俸兔 输出交羹。规刚根据不简静客流交道横式巅分为5 大类，戳下缭离u p 交通模式的 2 条规则： 规赋l ： l fu p p 大a n d d n p 小a n d c i t p 大a n d d o t p 中 a n dt i m e = t m u r t h e n 交通模式为u p 规则2 ： i fu p p 大a n d d n p 小a n d c i t p 大a n d d o t p 大 a n d t i m e = 习f 麓口 t h e n 交通模式为u p 重庆大学硕士学位论文 2 基于领域知识的电梯动态最佳群控方法 图2 3 客流交通模式的模糊推理 f i g2 3f u z z yr e a s o n i n go f p a s s e n g e rs t r e a mt r a f f i cm o d e 2 3 1 3 对工作模式的确定一般应遵循的基本原则 由于不同的交通模式对应相应的工作模式，电梯群控系统对工作模式的确定一 般应遵循如下的基本原则” ： 处于故障状态或检修中的电梯必须不再参加分配； 若被分配的电梯到达服务楼层时己满载，并且该电梯没有指向该楼层的轿 内指令，则不停靠，也不参加分配； 单台轿厢的运行方向按照同向服务优先，逆向服务记忆，同向服务完后， 再转至逆向服务的方式； 在上行高峰交通状况下，不应答下行楼层召唤； 在下行高峰交通状况下，不应答上行楼层召唤； 当出现瞬时繁忙交通时，将轿厢迅速调往交通繁忙楼层，疏散客流； 楼层召唤登记后，预测各台轿厢到达召唤楼层的应答时间。 由上述所得到的规则，按照它们在梯群控制系统中作用，使用知识表示进行如 下分类： 与楼层召唤出现与否无关的规则 开门维持时间的规则 规则：开门规则 i f 上行高峰交通模式 t h e n 轿厢在底层开门等待或者达到满载后再起动运行 当有楼层召唤登记时用于轿厢分配的规则 a 预先排除显然不适合于被分配的轿厢的规则 规则：排除规则1 i f 轿厢i 故障o r 轿厢i 在检修 t h e n 轿厢i 不被分配a n d 梯群总数减1 1 2 重痰大学颟士学位论文 2 綦予颥域知识魏电梯动态最佳群揎方法 规则：排除规则2 鞭轿籁i 满载 t h e n 轿厢i 不被分配 嫒建：蓑 除攥嬲3 i f 轿厢i 已被分配给高优先级的楼层韬晚 t h e n 轿厢i 不被分配 b瘸于不同交通模式的楼层召映规则 撬襄：搂层露涣勰翳l i f 上行高峰交通模式 t h e n 屏蔽下行楼层召唤 规则：楼层强唆规则2 i f 下行高峰交通模式 t h e n 屏菠底层以外的上 予楼层召唤 规则：楼层召唳规则3 l f 轿厢i 由于满载而未在服务楼层停靠 t h e n 搂层毽涣其毒离俄瓷级 规则：楼层召唤规则4 糟瞬闻繁忙交通模式 t h e n 繁忙楼屡豹召嫒稳走予其谴搂鬃召唤 2 3 2 故障知识库 故障知识库采用了启发式规则和框架模式米进行知识表示和运用，以下简要 赍绍这嚣耱方法冬本系统中熬瘟鬟。 2 3 2 1 启发式规则 当条件满足时，规则就激发结论。规则的条件部分可以怒多个条件的邂辑组 合，两搜剃的结论部分可以是多个缨论或是一系歹动作e 镧如麓劐为： i f 电梯超载a n d 电梯响威厅门召唤( 电梯开门) t h e n 存在电梯超载故障 1 3 重庆太学磺士学谴论文 2 萋予镁域知识静电禚动态最佳群控方法 i f 电梯满载a n d 电梯连续多次响应厅外召唤 彳 狳存在逛撵满载敖簿 当测试人员进行“趣载”功能测试时，测试人员向电梯控制系统输入一个“超 载”信号，则系统发出“超载”指令，此时再发出“厅内召映请求”开门信号， 在一定鑫奄辩闻范基内曦糕懿响应信号( 懿“开门傣号”) 没套发滋，劐谈为j 魄“超 载”功裁正常；否则，糟响应信号( 如“开门信号”) 在藏定辩闻内被发出了，且 被系统接收到，则认为“超载”功能出现故障( 网为，在电梯超载功能正常的情 况下，电梯是不会响威厅内召唤) ，满要发出一个故障信号提示信息。 霆魏，当褒赠熬蘩 孛帮分疆事实浚是薅，茭缀论部分被激发，这蓑蹩瓿事实 到结论的推理，即正向链推理，有利于监测和识别电梯故障。 2 3 2 2 框架模式 框絮怒把菜一特殊裹l 牛或对象黪所有知识存德在一起静一糖复杂数据续橇， 一个