电梯群控系统调度策略研究论文

1、中北大学2012届毕业论文第 PAGE 53 页 共 NUMPAGES 53 页1 绪论1.1 课题研究背景电梯作为高层智能大厦的主要垂直交通工具，电梯系统的服务质量和服务效率的提高对建筑物的有效利用和性能发挥将产生极为重要的影响。为提高服务质量和服务效率，电梯的控制技术由单台电梯的独立控制发展到多台电梯的协调控制，进行合理的调度和管理，即电梯群控。所谓电梯群控系统EGCS(Elevator Group Control System)是指：综合考虑大楼的交通模式、各时刻的交通流量、各楼层的乘客轿外呼梯信号等各种因素，对一栋楼宇里布置在一起的多台电梯进行统一调度，每个楼层的召唤信号集中由群控主机

2、来控制，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。电梯群控系统能够有效地改善客流调度及运输效果，一直受到人们的高度重视。而我国在电梯群控方面的起步比较晚，现阶段对于电梯群控的关键技术尚未能完全掌握，拥有自主版权的群控方法和技术在实际中的应用还比较少，且与国外相比还有较大的差距。因此，很有必要在电梯群控方面展开研究。1.2 电梯梯群控系系统的概概述1.2.1 电梯群群控系统统的起源源历史上第第一台真真正的电电梯出现现在18889年年12月月，由美美国Ottis电电梯公司司研制，它是由由电力驱驱动，齿齿轮直接接传动的的。此时时的电梯梯必须由由司机操操作运行行，既

3、浪浪费人力力又浪费费资源且且得不到到较好的的经济效效益。为为了改善善这一问问题，人人们逐渐渐发展出出了以下下几种电电梯控制制方法2：1、 简简易自动动控制方方式这种方式式是一种种最简单单的自动动控制方方式。每每层的呼呼叫按钮钮只有一一个，上上行与下下行通用。轿厢由由层站呼呼叫按钮钮和轿厢厢内的选选层按钮钮来启动动运行，最后停停靠在电电梯内选选层或电电梯外呼呼梯的那那一层。在执行行某个呼呼梯指令令时轿厢厢不再应应答其它它呼梯信信号。 2、 集选控控制方式式这是一种种比简易易自动控控制更高高级的控控制方式式，在此此方式中中，中间间层站设设有上、下两个个方向的的呼梯按按钮以供供选择，电梯能能够同时时

4、记住轿轿内选层层和层站站呼梯信信号。轿轿厢应答答启动运运行，在在顺向运运动中，依次应应答顺向向的呼梯梯，在呼呼梯层站站停靠。如果运运行前方方不再有有呼梯，轿厢就就自动反反向运行行，依次次回答反反向呼梯梯，最后后回到基基站。3、 电电梯群控控方式电梯群控控方式就就是将多多台电梯梯组成一一组，采采用分布布式控制制系统，根据大大楼交通通的情况况，对各各台电梯梯进行协协调控制制，采用用最优的的输送方方式。这这种控制制方式能能够提高高建筑物物内多部部电梯同同时服务务时的运运行效率率、缩短短电梯的的响应时时间，并并通过合合理派梯梯策略来来达到节节能的目目的。随着计算算机、通通讯技术术的广泛泛应用，智能大大

5、厦得到到了迅猛猛的发展展，而作作为垂直直交通工工具的电电梯不仅仅仅是人人们代步步的工具具，同时时也是人人类物质质文明的的标志， 电梯梯技术的的发展水水平体现现了社会会科学进进步的程程度，因因此有效效地改善善电梯的的客流调调度及运运输效果果一直是是国际电电梯业所所重视的的课题之之一。电梯群组组的合理理控制不不但要对对电梯当当前运行行状况做做出分析析评价，还要对对电梯将将来运行行需求做做出推理理预测，更要对对电梯如如何调度度、如何何控制做做出决策策。但由由于电梯梯每日每每时的使使用状态态都是变变化的，其使用用流量无无法用确确切的数数学模型型描述，传统电电梯群控控方法没没有考虑虑多部电电梯轿内内和全

6、部部厅层召召唤之问问的相互互作用关关系，不不能得到到最优解解，不能能满足电电梯群组组高性能能的控制制要求，为了更更好地适适应电梯梯使用的的发展需需求，需需要对电电梯性能能做出科科学、合合理的评评价，需需要研究究电梯新新的控制制方式。本文针针对电梯梯群控系系统中控控制策略略的优化化方法、评价指指标等进进行研究究，将智智能优化化算法应应用到电电梯群控控系统中中，从而而达到有有效地协协调多台台电梯的的运行，提高电电梯群组组的运输输效率和和服务质质量。1.2.2 电梯群群控系统统的发展展电梯群控控系统自自二十世世纪四十十年代起起，从最最初使用用继电器器，到集集成电路路的应用用，乃至至今日人人工智能能的

7、应用用，电梯梯群控系系统大致致经历了了三个阶阶段33： 第一阶段段：继电电接触控控制方式式419411-19971 年，电电梯群控控系统利利用继电电器来实实现系统统的顺序序运行,称之为为自动方方式选择择控制系系统。这这种方式式的控制制系统能能根据不不同的交交通模式式选择与与之相对对应的运运行方式式。交通通模式由由上行高高峰模式式、下行行高峰模模式及非非高峰期期模式等等组成，采用时时间间隔隔的控制制方式。该群控控系统的的厅层召召唤系统统比较单单一，在在每个厅厅层内分分别设置置一上行行按钮和和下行按按钮。为为了有效效地控制制每部电电梯，给给乘客提提供合理理的服务务，控制制系统把把建筑物物内的电电梯

8、分开开，并要要求在指指定的停停靠层至至少要停停靠一部部电梯。该控制制方式能能实现电电梯的无无司机控控制，从从而节省省了人力力才力，但整个个系统运运行效率率不高，并且维维护起来来也相对对比较复复杂。 电梯群群控制的的最简单单形式是是方向预预选控制制，每部部电梯都都靠方向向预选控控制的方方式来操操作，工工作时，主要是是靠在上上行高峰峰、下行行高峰及及平衡层层间交通通选择运运行命令令来运行行的，两两部或三三部电梯梯组成的的梯群比比较适合合用这种种控制方方式。继继后，又又出现了了将几部部电梯组组成的简简单梯群群进行分分区控制制的控制制方法，使它们们分别服服务于交交替的楼楼层。分分区控制制法虽然然缩短了

9、了单部电电梯的运运行周期期，与方方向预选选控制相相比运行行效率也也得到了了一定的的提高。但由于于这种控控制方式式里的动动态分区区算法比比较复杂杂，因此此主要以以静态分分区法为为主。 第二阶段段：集选选控制方方式19711-19975 年，集集成电路路应用到到了电梯梯群控系系统的硬硬件结构构当中，这样不不但简化化了结构构，系统统的可靠靠性也提提高了，也能处处理比较较复杂的的逻辑运运算。与与简易自自动方式式相比，这种控控制方式式比较高高级，在在中间层层站内设设有可供供选择的的上、下下两个方方向的呼呼梯按钮钮，并能能同时记记忆多个个轿厢内内的呼梯梯信号。所派轿轿厢在顺顺向运行行过程中中，依次次响应顺

10、顺向的呼呼梯信号号，并在在相应的的呼梯层层站停靠靠。若顺顺向运行行的前方方不再有有呼梯信信号，轿轿厢就自自动反向向运行，并按顺顺序依次次响应反反向的呼呼梯信号号，直至至返回基基站。该该系统的的不足之之处在于于对预测测复杂的的候梯时时间所必必需的计计算数值值还不够够完善。 第三阶段段：计算算机人工工智能控控制方式式19755 年至至今，计计算机开开始应用用到电梯梯群控系系统，称称之为现现代电梯梯群控阶阶段。电电梯群控控系统中中采用计计算机人人工智能能技术控控制之后后，电梯梯群控系系统的特特性开始始用人工工智能技技术来描描述，使使电梯群群控系统统的整体体服务性性能得到到了一定定的提高高，电梯梯交通

11、整整体配置置也就基基本完成成了 。此时的的控制算算法参数数在计算算机控制制下能直直接在线线修改，并能将将新程序序实时输输入到计计算机当当中，不不需要重重新布线线，就能能实时控控制算法法参数的的完全改改变。在在安装好好的系统统上采用用有效的的仿真程程序就能能实现离离线计算算，并能能合理选选择控制制算法参参数。另另外，一一种新的的控制算算法也可可以被仿仿真技术术离线评评价了，从而提提高了改改变控制制算法的的方便性性。数据据记录功功能是计计算机控控制的另另一个优优点，交交通状况况和目的的地数据据能被计计算机实实时记录录下来，并实时时分析，以提高高电梯群群控系统统的整体体使用性性能，还还可以把把被检测

12、测部位的的故障数数据记录录并保存存下来。除此之之外，计计算机控控制方式式还能远远距离查查询这些些故障数数据，从从而实时时监测任任何故障障的发生生，并依依据这些些数据随随时改进进电梯群群的控制制算法参参数，实实时满足足乘客需需求。 19755 年至至 19982 年是现现代电梯梯群控系系统的第第一代，这一时时期的电电梯群控控系统，虽然在在预报到到达楼层层的准确确度上有有了一定定的提高高，但乘乘客的长长候梯时时间发生生率比较较高，在在控制方方式上采采用候梯梯时间预预测控制制的控制制方式。19822 年至至 19988 年是现现代电梯梯群控系系统的第第二代，与第一一代群控控系统相相比，电电梯群控控的

13、性能能及效率率都取得得了比较较大的发发展。一一是把交交通需求求的学习习功能加加入到了了电梯群群控系统统中，这这样不但但使电梯梯群运行行状态预预报的准准确度提提高了，而且乘乘客的长长候梯率率的发生生也减少少了。准准确预报报度的提提高，使使电梯响响应呼梯梯信号派派梯后，能实时时显示所所派电梯梯这一功功能。二二是把综综合评价价系统应应用到了了派梯方方案中，当有呼呼梯信号号发生后后，根据据群控系系统中的的交通情情况和梯梯群状态态，综合合评价每每个轿厢厢的多个个性能指指标，择择优选出出最合适适的轿厢厢去响应应呼梯信信号。从从而大大大减少了了乘客平平均候梯梯时间、平均乘乘梯时间间及整个个系统运运行能耗耗等

14、。 随着社会会的发展展和人们们对电梯梯越来越越高的需需求，119888 年至至今，电电梯群控控系统中中开始采采用人工工智能技技术，称称之为现现代电梯梯群控系系统的第第三代。二十世世纪新兴兴的人工工智能技技术，与与传统的的控制方方法相比比，它对对解决复复杂控制制系统的的问题有有着无法法比拟的的优点5，并在各各个领域域都取得得了显著著的成就就。同时时，电梯梯群控系系统的智智能化程程度在这这一代中中也得到到了进一一步提高高，控制制系统也也更趋于于完善，但还有有待进一一步的发发展 。1.3 本文文的研究究目的及及意义电梯群控控系统采采用优化化的控制制策略来来协调多多台电梯梯的运行行，以提提高电梯梯的运

15、输输效率和和服务质质量。由由于电梯梯群控系系统本身身具有多多目标性性、不确确定性、非线性性、扰动动性和信信息的不不完备性性等特点点，导致致电梯控控制系统统变得十十分庞大大，调度度算法日日趋复杂杂，仅仅仅通过传传统的控控制方法法很难提提高电梯梯群控系系统的性性能。近年来，大量先先进的控控制技术术应用于于电梯群群控系统统，使电电梯群控控系统的的控制特特性得到到很大的的改善，但仍有有不少问问题需要要进一步步研究。国内使使用的先先进的电电梯群控控系统大大都是从从国外引引进的，具有独独立知识识产权的的产品尚尚不多见见，而且且大多数数集中在在群控理理论和算算法的研研究上，实际应应用中的的还比较较少，与与国

16、外的的先进技技术相比比还有很很大的差差距66。从从控制技技术研究究的角度度看，国国外已有有的先进进控制技技术，很很多都掌掌握在各各个大的的电梯公公司手中中，其核核心技术术是不公公开的，而国内内在这些些方面的的研究还还有相当当大的差差距。同同时，现现有的电电梯控制制技术仍仍存在缺缺点和不不足，如如何把更更先进的的技术应应用于电电梯群控控之中，以进一一步提高高现有电电梯系统统的运行行效率，满足乘乘客的需需求，仍仍需要进进一步探探索和研研究。因因此深入入研究电电梯群控控技术，对提高高国内的的整体电电梯控制制技术水水平具有有重要的的实际应应用价值值。2 电电梯群控控系统的的基础理理论2.1 电梯梯群控

17、系系统的功功能电梯群控控系统是是在大楼楼中存在在多台电电梯时对对电梯群群进行优优化调度度的控制制系统。该系统统可以采采集电梯梯的实时时状态信信息，并并对电梯梯群进行行统一调调度，保保证其合合理的运运行，以以达到提提高电梯梯系统的的整体服服务质量量、减少少能量损损耗的目目的。电梯群控控系统的的主要功功能如下下：l、 数数据采集集功能电梯群控控系统实实时检测测电梯系系统中每每一台电电梯的运运行状态态，如每每台电梯梯的当前前位置、运行方方向、载载重、速速度、轿轿内呼叫叫信号等等，并将将这些信信息传到到相应的的上层控控制软件件，由上上层软件件对这些些信号进进行相应应的处理理。2、 数数据通信信功能电梯

18、群控控系统要要实现对对电梯群群的合理理分配和和优化调调度，就就要在上上层控制制软件和和底层电电梯的控控制器之之间建立立通道，进行信信息数据据和控制制命令的的传输，实现双双向通信信。3、 控控制功能能电梯群控控系统中中，各电电梯对轿轿外呼叫叫信号的的响应是是由系统统统一分分配的。轿外呼呼叫信号号不是直直接分配配给乘客客所呼叫叫的电梯梯，而是是先传送送到电梯梯群控控控制模块块。经电电梯群控控控制模模块根据据电梯的的状态和和当前位位置，采采用一定定的派梯梯策略，算出由由哪台电电梯响应应此呼梯梯信号，再将此此信号分分配给电电梯控制制模块。因此，电梯群群控系统统有控制制功能，可对电电梯控制制器进行行控制

19、，决定响响应该信信号的电电梯。4、 预预估计算算功能预估计算算功能是是电梯群群控系统统的核心心部分。电梯群群控系统统要对大大楼内的的电梯交交通系统统的交通通状态进进行分析析，如：客流量量、客流流分布、电梯状状态、电电梯分布布等，通通过分析析可以对对乘客呼呼梯信号号、电梯梯下一时时刻的响响应情况况进行预预测，然然后根据据一定的的派梯策策略进行行调度，使电梯梯得到最最优控制制。5、 监监测显示示功能电梯群控控系统可可以对每每台梯的的当前位位置、运运行方向向、载重重、速度度、梯内内呼叫信信号、响响应情况况等信号号以及每每个乘客客轿外呼呼叫信号号的派梯梯结果进进行实时时监测，且在界界面上显显示。6、

20、自自学习功功能电梯群控控的问题题仅仅依依靠数学学模型的的描述来来实现是是不够的的，还需需要采用用学习、使用和和获取经经验知识识的方法法，即系系统的自自学习。虽然电梯梯群控系系统存在在大量的的不确定定性，但但在较长长一段时时间内仍仍然有较较大的规规律性。任何一一座大楼楼都有一一定的工工作周期期，在不不同周期期的同一一时间会会存在相相似的系系统状态态和系统统输入，所以通通过统计计各时间间段的电电梯运行行的各参参数，就就可以实实现群控控系统的的自学习习圈。例例如统计计一天内内各时间间段内的的客流量量，可以以通过分分析各楼楼层何时时处于高高峰请求求期，将将电梯优优先调度度到该楼楼层，以以减少侯侯梯时间

21、间、缩短短长候梯梯率。一一般来说说，电梯梯运行的的交通模模式可以以分为上上行高峰峰交通模模式、下下行高峰峰交通模模式、随随机层间间交通模模式和空空闲交通通模式。电梯群群控系统统的调度度可以根根据不同同交通模模式进行行适当的的调整，例如在在上行高高峰模式式下，基基站发出出的呼梯梯信号多多，应使使电梯尽尽快地到到达基层层；而在在空闲交交通模式式下，则则可以适适当的减减少运行行电梯的的台数，节省能能量。2.2 电梯梯群控系系统的特特点电梯群控控系统实实际上是是对多台台电梯的的调度问问题，其其复杂性性是由电电梯群控控系统的的特性所所决定的的，具体体表现在在电梯群群控系统统所固有有的多目目标性、不确定定

22、性、非非线性和和信息的的不完备备性77等几几个方面面。1、 多多目标性性电梯群控控系统是是用来管管理多台台电梯并并对建筑筑物内所所有乘客客提供服服务的系系统，它它所包含含的事件件在时间间和空间间上都是是离散的的，其控控制目标标体现在在服务质质量、服服务数量量和节能能三方面面。因此此，群控控的控制制目标为为多目标标，主要要表现在在以下凡凡方面：(1)平平均候梯梯时间短短候梯时间间指当乘乘客按下下层站呼呼叫按钮钮，直到到所派电电梯到达达此层乘乘客进入入轿厢所所经过的的时间。平均候候梯时间间是指所所有候梯梯时间的的平均值值。平均均候梯时时间是评评价电梯梯群控系系统重要要的性能能指标。(2)长长候梯率

23、率低长候梯时时间指候候梯时间间超过11分钟的的候梯时时间。长长候梯率率是指长长候梯时时间发生生的百分分率。统统计表明明，乘客客的心理理烦躁程程度是与与候梯时时间的平平方成正正比的，当候梯梯时间超超过600秒即所所谓长候候梯时，其心理理烦躁程程度急剧剧上升，所以应应尽量减减少长候候梯的发发生。(3)系系统能耗耗低单台电梯梯的能耗耗与所选选电梯的的驱动方方式、机机械性能能等有关关。如最最初的电电动机发电机机组能耗耗比较大大，效率率较低；而现在在的w(Vaariaablee Vooltaage anddVarriabble Freequeencyy)驱动动电梯的的能耗和和效率都都比较高高。电梯梯能耗

24、的的消耗特特征是：电梯全全速运行行时所消消耗的电电能远远远低于减减速和加加速时的的电能消消耗。电电梯停靠靠的次数数越多，所消耗耗的电能能就越大大。对电电梯群控控系统而而言，电电梯型号号一经确确定，单单台电梯梯一次起起停的电电能消耗耗就已经经确定。所以电电梯群控控系统节节能主要要依靠群群控系统统合理地地安排与与调度梯梯群对呼呼梯信号号的响应应，尽量量减少起起停次数数，同时时起停次次数的减减少也会会延长梯梯群的整整体寿命命。(4)平平均乘梯梯时间短短乘客的乘乘梯时间间指从乘乘客进入入电梯到到乘客到到达目的的层乘客客离开的的这段时时间。乘乘客乘梯梯时间的的增长往往往会使使乘客感感觉不舒舒服、烦烦躁。

25、如如去建筑筑物顶层层的乘客客在乘梯梯时间长长于900秒时，会对停停靠变得得极不耐耐烦，所所以乘客客的乘梯梯时间应应保持在在一个特特定的期期限之内内。(5)客客流的输输送能力力高电梯的输输送能力力是电梯梯的重要要指标之之一。输输送能力力的不足足往往会会造成乘乘客的拥拥挤，平平均候梯梯时间长长等不良良性能。特别是是在上行行高峰期期，客流流密度极极大，需需要电梯梯系统迅迅速将乘乘客送往往各目的的层。为为提高电电梯系统统的输送送能力，很多系系统往往往会在上上行高峰峰期将电电梯群分分为两组组，一组组专门往往返于基基站与高高层之间间，一组组服务于于低层区区间，经经过对乘乘客的正正确性引引导，可可使输送送能

26、力提提高200。(6)乘乘坐电梯梯的舒适适度高舒适度主主要指轿轿厢内拥拥挤度以以及乘坐坐环境。(7)预预测轿厢厢到达时时间准确确率高很多电梯梯系统配配有电梯梯到达时时间显示示系统，如果预预测时间间不准确确，则会会造成乘乘客的不不安和烦烦躁，也也会降低低系统的的整体性性能。以上七点点是系统统的主要要性能评评价指标标，可知知电梯群群控系统统是一个个多目标标控制系系统，而而且各个个目标之之间是相相互矛盾盾的。如如拥挤度度要求小小，会使使平均候候梯时间间增长。平均候候梯时间间短则会会使长时时候梯发发生率高高。所以以各个指指标之间间的相互互平衡成成为电梯梯群控系系统的控控制难点点。2、 不不确定性性电梯

27、交通通系统存存在着大大量的不不确定性性：(1)呼呼梯信号号的产生生层不确确定。(2)各各层站的的乘客数数不确定定。(3)呼呼梯者的的目的层层不确定定。(4)建建筑物内内存在的的与环境境因素有有关的变变化的交交通路况况是不确确定的；例如建建筑的结结构规模模和使用用情况等等。这些不确确定性的的存在给给群控系系统确定定交通模模式，预预测轿厢厢到达目目的层时时间等造造成极大大的障碍碍，使系系统不能能对某一一特定情情况给出出最优控控制。3、 非非线性电梯交通通系统存存在着非非线性：(1)对对同一组组厅层呼呼叫，在在不同的的时间标标度下，轿厢的的分配是是不同的的，轿厢厢分配的的变化是是不连续续的。(2)所

28、所能分配配的轿厢厢数目有有限，受受系统所所有轿厢厢数目限限制。(3)轿轿厢容量量是有限限的，当当轿厢容容量达到到饱和点点时，轿轿厢会不不停而过过。(4)轿轿厢会在在运行中中频繁改改变方向向。4、 扰扰动性电梯群控控系统还还不可避避免地具具有不确确定的随随机干扰扰，如：(1)乘乘客可能能登记了了错误的的厅呼造造成不必必要的停停站。(2)乘乘客可能能登记了了错误的的目的层层造成不不必要的的停站。(3)乘乘客可能能错误地地造成轿轿厢门不不能正常常开启关关闭，而而干扰系系统的正正常运行行等。5、电梯梯群控系系统中信信息的不不完备性性电梯群控控系统中中存在着着大量的的不准确确信息：(1)电电梯轿厢厢中的

29、乘乘客人数数不能准准确获得得；虽然轿厢厢的底部部装有称称重装置置，但由由于人的的个体体体重差异异较大，所以不不能获得得轿厢内内乘客数数的准确确数据。这会导导致对轿轿厢内拥拥挤度和和对候梯梯时间的的预测不不准确，增加系系统控制制的难点点。(2)乘乘客进入入轿厢的的时间因因个体的的不同而而不同，同样不不能获得得准确数数据。(3)乘乘客进入入轿厢前前，其目目的层是是不可知知的。使使对乘客客乘梯时时间的预预测和对对其它乘乘客候梯梯时间和和乘梯时时间的影影响的预预测误差差较大。以上所提提到的电电梯群控控系统的的多目标标性、非非线性、不确定定性、扰扰动性和和信息的的不准确确性说明明电梯群群控是一一个非常常

30、复杂的的控制系系统。2.3 电梯梯群控系系统的性性能评价价指标在一个控控制系统统中，性性能评价价指标通通常用来来衡量系系统采用用的控制制器的优优劣。因因此，选选择一个个较客观观合理的的系统性性能指标标用以估估计控制制器所产产生的效效果就显显得尤为为重要。用来衡衡量电梯梯群控系系统服务务性能的的评价指指标由时时间评价价指标、能耗评评价指标标、乘客客状态评评价指标标和乘客客的容忍忍度评价价指标等等四部分分组成8。2.3.1 时间评评价指标标在对电梯梯群控系系统的研研究中，时间评评价指标标被更多多地考虑虑进来。系统的的服务时时间越短短，其消消耗越少少，系统统效率就就越高。时间评评价指标标有以下下几种

31、：平均候梯梯时间AAWT（2.11）试中，TTw(i)为第ii个乘客客的实际际候梯时时间，NNp为电梯梯系统总总乘客数数。平均乘梯梯时间AART（2.22） 试中，Tr(i)为第ii个乘客客的实际际乘梯时时间。平均到达达时间AAAT(2.33)最长候梯梯时间MMWT(2.44)总运行时时间TRRT(2.55)其中，TTRT系系统停止止运行的的时刻，SSTT为系统统开始运运行的时时刻。平均运行行周期AARTTT(2.66) 式中，Ne为群控控系统的的电梯数数目，RRi为第ii台电梯梯的总环环行次数数，RTTTijj为第ii台电梯梯运行第第j圈所所用时间间,Naarp为为电梯运运行一圈圈的平均均载

32、客数数，L55为5分分钟内载载客率。2.3.2 能耗评评价指标标电梯群控控系统的的能耗越越少，其其服务成成本就越越低。电电梯的运运行距离离与能耗耗有着密密切的联联系，但但在很多多情况下下能耗评评价函数数并未被被列入考考虑中。在不同同的交通通模式下下，对系系统的要要求也不不同。能能耗评价价指标可可由以下下两个量量决定：总运行距距离Dii(2.77)式中，DD(i)为第ii台电梯梯的总运运行距离离，Nee为群控控系统的的电梯数数目。总能耗AAE(2.88)式中，EE(i)为第ii台电梯梯的总能能耗。2.3.3 乘客状状态评价价指标 单位时时间内电电梯系统统运送的的乘客数数量越多多说明系系统的载载客

33、能力力越强。乘客状状态评价价指标由由乘客数数量、乘乘客的分分布以及及运送时时间决定定。系统统的载客客率和运运送效率率由以下下各量来来描述：5分钟内内载客率率L5(2.99)试中，总总运行时时间TTTR的单单位为秒秒（s） 22、基于于距离的的运载率率（2.110）式中，d为单位位楼层下下5分钟钟内的载载客率，Dt为总运运行距离离，Dff为楼层层高度。基于能耗耗的运载载率（2.111）式中，e为单位位能耗下下5分钟钟内的载载客率。2.3.4 乘客的的容忍度度 电梯群群控系统统存在很很多不确确定因素素，因此此电梯系系统与其其他交通通工具相相比，在在行程安安排上有有很大差差别。当当一台电电梯被指指派

34、去响响应一个个厅层召召唤时，该乘客客到达目目的层站站的时间间可以由由当前的的交通状状况预测测出来，但在接接下来的的时间里里可能有有其他乘乘客加入入到交通通流中，那么原原来的派派梯结果果经常会会导致原原乘客的的到达时时间被拖拖延。对对乘客来来说，确确切的服服务时间间可以理理解为从从到达电电梯系统统起直到到离开电电梯止。因此，服务时时间的不不确定性性是存在在于系统统中的，并且其其出现概概率非常常高。对对电梯群群控系统统来说，响应时时间延迟迟的减少少说明该该派梯策策略能有有效地避避免不确确定因素素，这有有利于提提高效率率降低能能耗。与与乘客容容忍度有有关的指指标定义义如下： 平均候候梯延迟迟时间aw

35、（2.112）式中，TTw0为第第i个乘乘客最短短候梯时时间的预预测值,Np为电梯梯系统的的总乘客客数，TTw(i)为第ii个乘客客的实际际候梯时时间。 平均乘乘梯延迟迟时间aj（2.113）式中，TTj0(ii)为第第i个乘乘客最短短乘梯时时间的预预测值。 平均到到达延迟迟时间aa (22.144） 2.4 电梯梯群控系系统的特特征值 在电梯梯群控系系统的控控制中，需要综综合考虑虑影响派派梯的多多种因素素。电梯梯系统的的输入信信号和状状态信号号很多，可以将将这些信信号进行行分析并并计算处处理，提提取出能能反映电电梯群控控系统特特征的一一些量作作为特征征值，用用于对梯梯群进行行调度。特征值值的

36、提取取要尽可可能完整整地包括括系统的的各种信信息，以以使派梯梯结果趋趋于合理理并能提提高系统统效率。下面介介绍几种种电梯群群控系统统的主要要特征值值9。1、 距距离特征征值距离特征征值包括括响应距距离和乘乘梯距离离。（1）响响应距离离：从电电梯的当当前位置置到厅层层召唤所所在层将将要经过过的楼层层数；（2）乘乘梯距离离：从候候梯乘客客进入电电梯起到到电梯到到达对应应目的层层将要经经过的楼楼层数。 距离特特征值与与系统派派梯后的的服务时时间和能能耗有很很大关系系，因此此一直以以来人们们将距离离特征值值作为派派梯时的的主要考考虑因素素。但与与时间特特征值和和能耗特特征值相相比，距距离特征征值对派派

37、梯结果果的可靠靠程度和和准确程程度都偏偏低。 2、 时间特特征值时间特征征值包括括：（1）乘乘客候梯梯时间的的估计值值；（2）乘乘客乘梯梯时间的的估计值值；（3）有有新呼梯梯信号产产生时，电梯群群控系统统平均候候梯时间间的估计计值；（4）有有新呼梯梯信号产产生时，电梯群群控系统统平均乘乘梯时间间的估计计值。派梯时考考虑特征征值（11）和（2）有有利于提提高对某某个乘客客的服务务质量，而不考考虑整个个系统的的平均性性能。特特征值（3）和和（4）仅考虑虑系统的的整体性性能，如如果平均均候梯时时间和平平均乘梯梯时间的的估计值值较小，则派梯梯后系统统的实际际运行时时间值也也较小。3、 能耗特特征值能耗

38、特征征值包括括响应能能耗和额额外能耗耗。（1）响响应能耗耗：电梯梯从接到到派梯任任务起到到响应该该呼梯的的过程中中需要消消耗的能能源：（2）额额外能耗耗：电梯梯在执行行某一派派梯任务务过程中中，要响响应新加加入的厅厅层召唤唤需要额额外消耗耗的能源源。如果派梯梯时能使使额外能能耗减小小，那么么总能耗耗就会降降低。能能耗特征征值要比比距离特特征值对对派梯结结果的准准确程度度高。 停站站次数特特征值停站次数数特征值值包括响响应过程程停站次次数和额额外停站站次数。响应过程程停站次次数：电电梯在响响应某厅厅层召唤唤过程中中需要停停站的次次数；额外停站站次数：电梯在在执行某某一派梯梯任务过过程中，要响应应

39、新加入入的厅层层召唤所所需要的的额外停停站次数数。停站次数数在很大大程度上上影响到到时间特特征值和和能耗特特征值，但停站站次数少少并不能能说明电电梯的运运行时间间也相应应减少，还需要要考虑到到电梯的的当前位位置和交交通状况况的分布布。在电电梯群控控系统的的服务过过程中，停站次次数直接接影响到到乘客的的心理，如果停停站次数数很多，乘客会会变得不不耐烦并并有不舒舒适感。由于能能耗特征征值和时时间特征征值不易易提取，停站次次数特征征值通常常被用来来近似地地衡量电电梯系统统的服务务时间和和能耗。梯内空闲闲量特征征值在多数电电梯群控控系统中中，电梯梯内的空空闲量没没有被作作为派梯梯时的考考虑因素素，会经

40、常会出出现指派派满载电电梯响应应呼梯的的情况，这在很很大程度度上增加加了乘客客的候梯梯时间，同时也也降低了了系统效效率。如如果将电电梯空闲闲量特征征值考虑虑进来，上述问问题可以以避免，而且可可以提高高电梯的的载客能能力从而而降低能能耗。派派梯时，选择空空闲量大大的电梯梯还是空空闲量小小的电梯梯要根据据当前交交通状况况分布而而定，要要首先考考虑系统统的整体体性能，其次是是单梯效效率。由由此可知知、空闲闲量特征征值是必必不可少少的。综综上所述述，电梯梯群控系系统的派派梯策略略要将各各种因素素融合起起来，既既要从整整体上提提高系统统性能，又要满满足单个个乘梯要要求，提提高乘客客的满意意度。2.5 本

41、章章小结本章分析析了电梯梯群控系系统的特特征、得得出了该该系统所所具有的的多目标标性、非非线性、不确定定性、扰扰动性和和信息的的不完备备性，研研究了电电梯群控控系统的的各种交交通模式式以及主主要的性性能评价价指标，说明电电梯群控控系统是是一个非非常复杂杂的控制制系统，为进一一步的研研究打下下基础。3 粒粒子群优优化算法法19955 年，Kennneddy 和和 Ebberhhartt100 等等人，在在研究人人工生命命结果的的影响下下，提出出了粒子子群优化化算法（Parrticcle Swaarm Opttimiizattionn，PSSO）。该算法法是在对对鸟群和和鱼群捕捕食这一一行为模模拟

42、的基基础上，得到的的一种简简化了的的社会模模型。由由于 PPSO 算法概概念简单单，容易易实现，在被提提出的短短短几年年时间内内，得到到了人们们的很大大关注，同时也也获得了了很大的的发展，并在它它的基础础上又出出现了很很多被改改进的粒粒子群优优化算法法，在多多个学科科和工程程领域都都得到了了应用。但由于于该算法法是在对对社会模模型模拟拟的基础础上建立立的，所所以，在在该算法法提出的的初期并并不是以以数学理理论为基基础的，但随着着人们的的进一步步深入研研究，PPSO 算法法的严格格数学基基础就逐逐步建立立起来了了。本章章是在先先介绍基基本粒子子群算法法的基础础上，又又介绍了了如何将将 PSSO

43、算算法应用用到多目目标优化化的领域域。3.1 基本本粒子群群算法概概述PSO 算法是是一种基基于群体体的新兴兴演化算算法。设设想有这这样一个个场景一一群鸟在在随机搜搜索食物物不知道道食物放放在何处处，在整整个搜索索区域中中只有一一块食物物。所有有的鸟都都不知食食物在何何处，但但它们知知道自己己当前的的位置距距离食物物还有多多远。那那么找到到食物的的最优策策略是什什么呢？最简单单有效的的方法就就是在目目前离食食物最近近的鸟的的周围区区域搜寻寻。 粒子群优优化算法法是在鸟鸟群觅食食模型中中得到启启示，并并成功用用于解决决优化问问题的。在该算算法中，搜索空空间中的的每一只只鸟被看看作是优优化问题题中

44、的每每一个解解，称之之为“粒子”（paartiiclee）或“主体”（aggentt），该该粒子能能通过超超维搜索索空间“流动”。每个个粒子都都有自己己的位置置和速度度，还有有一适应应值被优优化函数数所决定定，能知知道到目目前为止止发现的的最好位位置（ppbesst）和和现在的的位置 Xi，可看看作单个个粒子的的经验。每个粒粒子在搜搜索空间间中的位位置变化化是以个个体的社社会心理理意向为为基础的的，即每每一粒子子个体都都想成功功地超过过其他个个体。每每个粒子子的经验验或知识识影响都都会影响响其相邻邻粒子的的变化。另外，到目前前为止整整个群体体中所有有粒子发发现的最最好位置置（gbbestt）也

45、能能被每个个粒子所所知道（gbeest 是在 pbeest 中的最最优值），可看看作是单单个粒子子的同伴伴经验。每个粒粒子的当当前位置置由下列列信息所所决定: 1当当前位置置； 2当当前速度度； 3当当前位置置与自己己最好位位置之间间的距离离； 4当当前位置置与群体体最好位位置之间间的距离离。 作为群优优化的粒粒子群算算法的粒粒子群可可认为是是粒子在在 D 维空间间内，依依照一定定的规律律传递信信息，同同时，依依据信息息的变化化改变自自身状态态，具备备自组织织行为。 各粒粒子的个个体极值值构成的的矩阵：P=（p1,p2,pn），是是粒子群群信息的的主要来来源。从从 P 中可以以获得群群体最优优

46、位置全全局极值值 P 和各个个粒子自自身经验验最优位位置个体体极值 P 的的信息。粒子群群就是由由群体最最优位置置快速收收敛形成成的，并并能在全全局极值值的邻域域中进行行搜索；个体自自身经验验最优位位置能保保证粒子子不要过过快收敛敛到群最最优，从从而避免免陷入局局部极小小点，这这样能使使粒在一一次迭代代中的搜搜索区域域在个体体极值和和全局极极值之间间。 群群体间粒粒子的合合作，使使得粒子子群算法法具有高高效的搜搜索性能能。每个个粒子不不仅能向向群体提提供信息息还能协协助其它它粒子进进行搜索索，所以以粒子在在进化过过程中，能保证证搜索和和收敛的的平衡。3.2 基本本PSOO算法原原理粒子群优优化

47、算法法PSOO主要是是通过每每个粒子子当前的的状和在在飞行过过程中所所经历过过的最好好位置，以及整整个群体体所经历历过的最最好位置置来计算算粒子下下一步运运动的方方向和速速度111和和位置的的更新公公式如下下：（3.11）（3.22）式（3.1）、(3.2)中中：d=1,22,D,D代表表第d维维搜索空空间；i=1,2,m,m是该该群体中中粒子总总数；Vid为为迭代粒粒子i飞飞行速度度矢量的的第d维维分量；Pid为为粒子ii个体最最好位置置pleest的的第d维维分量；Pgd为为群体最最好位置置gbeest的的第d维维分量；C1、CC2为权重重因子；r1、rr2为随机机数，产产生00,1的随机

48、机数；W为惯性性权重函函数。通过（33.1）式可以以看出，粒子 i 速速度的更更新主要要由三部部分组成成： 1、 粒粒子 ii 前一一时刻的的速度；2、 粒粒子 ii 当前前位置与与自己最最好位置置间的距距离； 3、 粒粒子 ii 当前前位置与与群体最最好位置置间的距距离。（3.22）式为为粒子 i 更更新位置置的坐标标。粒子子 i 下一步步的运动动位置由由式（33.1）,（33.2）共同决决定。 搜索时时，粒子子的位置置被最大大位置和和最小位位置限制制，如果果某粒子子在某维维的位置置超出该该维的最最大位置置或最小小位置，则该粒粒子的位位置被限限制为该该维的最最大位置置或最小小位置。同样，粒子

49、的的速度也也被最大大速度和和最小速速度所限限制，如如果当前前对粒子子的加速速度导致致它在某某维的速速度超过过该维的的最大速速度或最最小速度度，则该该粒子该该维的速速度被限限制为该该维的最最大速度度或最小小速度。 公式（33.1）的第 1 部部分由粒粒子先前前速度的的惯性引引起；第第 2 部分表表示粒子子本身的的思考，即粒子子本身的的信息对对自己下下一步行行为的影影响；第第 3 部分表表示粒子子间的信信息共享享和相互互合作，即群体体信息对对粒子下下一步行行为的影影响。3.3 基本本PS00算法流流程粒子群优优化算法法具有编编程简单单，易实实现的特特点，粒粒子群优优化算法法的流程程122如下下所示

50、。 开始 随机初初始化粒粒子位置置和粒子子速度 计算算每个粒粒子的适适应度 根据据粒子适适应度更更新粒子子的速度度与位置置 根根据公式式（3.1）和和（3.2）更更新粒子子群的速速度与位位置 NNO 是否否达到最最大迭代代次数 或或满足最最小错误误标准？ YYES 结束 图图3.11粒子群群优化算算法流程程图 下面给给出其实实现的具具体步骤骤： 1、 初始化化群体参参数； 2、 以目标标函数来来评价各各粒子的的初始适适应值； 3、 根据式式（3.1）、（3.2）来来更新粒粒子的位位置和速速度； 4、 再根据据目标函函数重新新评价各各粒子的的适应值值； 5、 比较每每个粒的的当前适适应值和和个体

51、历历史最好好适应值值，把最最优的的的位置做做为其个个体历史史最好位位置； 6、 比较群群体中全全部粒子子的当前前适应值值和全局局历史最最好适应应值，把把最优的的的位置置做为群群体全局局历史最最好位置置；若迭代终终止条件件满足，则程序序终止，输出搜搜索结果果。否则则，返回回步骤 2继续续搜索,进行新新一轮迭迭代。 3.4 基本本PSOO算法参参数分析析基本 PPSO 的参数数主要有有惯性权权值、加加速系数数、粒子子个数和和迭代次次数113。 1、 惯性权权值 ww 对 PSSO 能能否收敛敛起重要要作用，它使粒粒子保持持运动惯惯性，使使其有扩扩展搜索索空间的的趋势，有能力力探索新新的区域域。w

52、值大些些有利于于全局搜搜索，收收敛速度度快，但但不利于于局部搜搜索，不不易得到到精确解解；w 值小些些有利于于局部搜搜索和得得到更为为精确的的解，但但收敛速速度慢且且有时会会陷入局局部极值值而得不不到全局局最优解解144。合适适的 ww 值在在搜索精精度和搜搜索速度度、全局局搜索和和局部搜搜索方面面起协调调作用。 2、 加加速系数数 c11,c2加速系数数c1和 cc2对 PPSO 能否收收敛也起起重要作作用，若若加速系系数合适适，则有有利于算算法较快快收敛并并脱离局局部极值值。 式式（3.2）中中，若 c1=c2=0，粒子将将依靠惯惯性一直直以当前前的速度度飞行，直到达达到边界界为止；此时粒

53、粒子仅仅仅依靠惯惯性飞行行，没法法从自己己的飞行行经验和和同伴的的飞行经经验中吸吸取有用用的信息息，算法法没有启启发性，并且搜搜索区域域有限，这种情情况下要要想找到到最优解解比较困困难，此此时的优优化性能能也很差差。 当 c11=0 时粒子子没有认认知能力力，不能能从自己己的飞行行经验吸吸取有效效信息，只有社社会部分分，所以以 c22 又称称为社会会参数；此时收收敛速度度比基本本 PSSO 快快，但由由于不能能有效利利用自身身飞行信信息，对对复杂问问题优化化时则比比基本 PSOO 容易易陷入局局部极值值，优化化性能也也变差。 若 c22=0，则粒子子之间没没有社会会信息共共享，不不能从同同伴的

54、飞飞行经验验中吸取取有效信信息，此此时只有有认知部部分，故故 c11又叫认认知参数数；此时时个体间间没有互互享的信信息，这这样粒子子群体的的运行相相当与单单个粒子子的运行行，要想想得到全全局最优优解，机机率非常常小。 一般情情况下，当 cc1=c2=0.2 时时能取得得比较好好的效果果，也有有人认为为 c1 大些些而社会参数 c2 小些些，但 c1+c24 时时能得到到更好的的结果。 3、 粒子数数目 粒子数数目对算算法的优优化性能能有影响响。一般般来说，粒子数数目越多多，搜索索到全局局最优解解的可能能性也越越大，优优化性能能相对也也越好，但是消消耗的计计算量也也越大，计算性性能相对对下降；群

55、体规规模越小小，搜索索到全局局最优解解的可能能性就越越小，但但消耗的的计算量量也越小小。当然然，对于于一般问问题，使使用过多多的粒子子数目没没有必要要，但是是粒子数数目也不不能过少少，否则则体现不不出群智智能算法法的优越越性。一一般地，粒子数数目为 102000 较为为合适。 4、 最大允允许迭代代次数当惯性权权值115为为固定值值和最大大允许迭迭代次数数不相关关联时，最大允允许迭代代次数大大些，找找到全局局最优解解的可能能性也大大些，最最大允许许迭代次次数小了了，找到到全局最最优解的的可能性性也小。只是对对于基本本 PSSO 来来说，一一旦陷入入了局部部极值，如果不不采用有有效措施施，迭代代

56、次数再再增多优优化效果果也得不不到明显显改善，反而浪浪费计算算资源，实际意意义不大大。一般般来说，如果优优化时还还有其他他条件来来结束搜搜索，可可以考虑虑将最大大允许迭迭代次数数设置得得大些。当惯性性权值和和最大允允许迭代代次数相相关联时时，即惯惯性权值值随着迭迭代的进进行逐渐渐衰减，此时并并不是最最大允许许迭代次次数越大大越好，这时候候过大的的最大允允许迭代代次数反反而会使使得算法法有很长长一段时时期以较较大的惯惯性权值值来搜索索，如果果不对粒粒子速度度进行限限制，粒粒子很可可能会飞飞行到无无穷远处处，从而而得不到到全局最最好解。所以，当惯性性权值和和最大允允许迭代代次数相相关联时时，应结结

57、合实际际情况合合理选择择最大允允许迭代代次数。4 基基于粒子子群算法法的电梯梯群控系系统实现现提高对乘乘客的服服务质量量和降低低系统运运行的总总损耗是是电梯群群控系统统的主要要目的。本文基基于群控控系统对对乘客平平均侯梯梯时间、乘客平平均乘梯梯时间以以及电梯梯能耗等等提出的的不同要要求，采采用粒子子群优化化算法对对多目标标问题进进行优化化，建立立了电梯梯群控的的系统的的多目标标优化模模型，并并在此基基础上设设计了满满足多目目标要求求的电梯梯群控系系统调度度算法16及其应应用程序序。4.1 多目目标电梯梯群控系系统的数数学模型型电梯群控控系统的的主要目目标是缩缩短乘客客平均候候梯时间间AWTT和

58、平均均乘梯时时间ARRT，降降低电梯梯运行能能耗RPPC。AWT为为一定时时间内全全部候梯梯时间的的平均值值，是评评价电梯梯群控系系统性能能恶劣的的重要指指标之一一，计算算公式如如下： Tw为候候梯时间间。当新的呼呼梯信号号发生时时，根据据呼叫发发生的楼楼层Fcc及方向向Dc与电梯梯当前所所在楼层F0和和方向DD0，可计计算电梯梯到达新新的呼梯梯信号所所需的时时间，即即候梯时时间17。设电电梯运行行一层的的时间为为K1，停靠一一层的时时间为KK2，电梯梯需响应应的停靠靠任务为为m，电电梯同向向到达的的最远楼楼层为FFmaxx，电梯梯反向到到达的最最远楼层层为Fmmin。(1) 当Dcc与D0相

59、同，且Fcc在F0前方时时，电梯梯可同向向到达呼呼梯信号号(2) 当Dcc与D0相同，且Fcc在F0后方时时，电梯梯反向运运行再同同向到达达呼梯信信号：(3) 当Dcc与D0相反时时，电梯梯反向运运行后到到达呼梯梯信号：当Dc与与D0相同，且Fcc=F0时，TTw（i)=0。 ARRT为一一段时间间内全部部乘客乘乘梯时间间的平均均值，一一般情况况下，很很难准确确预测乘乘客的乘乘梯时间间。电梯梯的起停停时间、次数以以及轿内内乘客的的人数是是影响乘乘客乘梯梯时间的的主要因因素，如如轿厢内内乘客越越多，电电梯起停停次数就就越多，这样，乘客的的平均乘乘梯时间间就越长长。平均均乘梯时时间是描描述电梯梯群

60、控系系统的重重要指标标188。计计算公式式如下： 由于新新的呼梯梯信号发发生时，只能知知道乘客客的乘梯梯方向，不知道道乘客的的目的层层。文中中假设乘乘客的目目的层为为最远层层，则乘乘梯时间间计算式式为：AE为电电梯群控控系统中中的总运运行能耗耗。电梯梯的能耗耗主要由由加、减减速过程程中及停停靠次数数所决定定的119，所以，要想降降低系统统能耗，必须想想办法减减少电梯梯的起停停次数和和加、减减速距离离。通常常，电梯梯一次加加、减速速的距离离高于的的楼层的的高度，所以，在其它它条件允允许的情情况下，应当尽尽量由同同一电梯梯服务于于来自或或去向同同一楼层层或相邻邻楼层的的厅层或或轿箱召召唤。与与此同