电梯调度算法研究

一、毕业论文二、毕业论文任务书三、毕业论文开题申请表四、毕业论文开题报告正文电梯调度算法研究就得到了越来越广泛的应用，为了减少能源的消耗和缩短人总结出传统电梯的调度方法；最后，对电梯调度算类使用。Abstract:Withtheprogressofthesociety,high-risebuildingsandintelligentbuildingappearconstantly,asaverticaltransportelevatorismoreandmorewidelyusenergyconsumptionandshortensthehouladdertime,morethantallbuilelevators.So,howtoarrangetheoperThisarticlefirsttellsthebackground,purposeandsignificanceoftopicsabroadontheresearchstatusofelevatorschedulingalgorithmdemonstratesthenecessityofelevatorschedulingalgorithmresearch;Analysisofthecharacteristiunderstandthepassengerstotherequirementoftheelevatorsystem,furthersumsupthemaketheliftasfaraspossiblebyahumanreso1.2研究背景12.1电梯的起源32.2电梯的开展43.4调度方法124.1总结144.2展望14致谢151.前言系统的完善，力求满足人们的对现代建筑交通日益增长的需求。1852年，美国纽约杨克斯〔Yonkers〕的机械工程师奥的斯先生〔ElishaGravesOtis,1811年~1861年〕创造了世界第1台平安升降机。它是配有平安装置的升降机。他将带2.3乘客对电梯系统的要求电梯的出现是为了方便人们的出行的，所以乘客对电梯的评价是很重要的。人们信赖电梯主要是根据电梯的平安性来的，作为人们出行的交通工具之一，电梯的平安性是及其重要的。乘客的要求既有生理的也有心理的。在生理上，我们每次乘坐电梯时，都会感觉不舒服，乘电梯上下行时，都会有超重和失重的感觉。这种感觉根据各个人的年龄和生理、心理的健康程度以及是否突然运行等因素有关。目前，人们还没有明确找出加减速度到达多大时构成对人体的危害，但电梯加减速度过快，对人体肯定不是很好。在心理上，虽然感觉很微妙，但人们对电梯的效劳还是有一定的要求。同样的人在不同环境或者不同的人在同一环境在等待电梯和乘梯时间长短都是不同的。例如，乘客在上班时，对电梯效劳没有太大要求，但当下班时就会希望电梯能快点到达自己的目的地。还比方回家时，对住宅的电梯也不会有很大要求。候梯和乘梯时间都是主要的心理上要求。2.4电梯系统的特性电梯系统是一类具有不确定性的复杂系统，工作特性有显著的特点：有乘客需求才运行，但不同于公交车没站都停靠，目的性很强。相对硬件系统而言，优化控制实现上的难度主要表现在软件系统设计方面。电梯系统中存在着大量的不确定性：建筑物内存在的与环境因素有关的变化的交通情况、呼梯信号的产生、呼梯者的目的层、层站的乘客数。〔2〕扰动性电梯系统不可防止地存在着不确定的扰动因素：乘客可能错误的登记了厅外呼叫而产生了不必要的停站；乘客可能错误的登记了目的层而造成了不必要的停站；乘客可能错误地操作造成了轿厢门的不能关闭而干扰正常的电梯运行。〔3〕信息的不完备性电梯系统中还存在着大量不准确因素；轿厢中的乘客数不能够准确的获得；乘客进入轿厢前，其目的层是不可知的；下一次呼叫产生的层站也是不知道的等〔4〕非线性电梯交通系统存在着非线性对同一组厅呼，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：所能分配的轿厢数目是有限的；受系统所有轿厢数目限制：轿厢容量是有限的，当轿厢容量到达饱和点时，轿厢会不停而过；轿厢会在运行中频繁改变方向。以上所提到的电梯群控系统的不确定性、扰动性和信息的不完备性、非线性，说明电梯群控是一个非常复杂的控制系统。〔1〕平均候梯时间要求最短候梯时间是指从乘客按下层站梯按钮到电梯系统派出的电梯到达该层让乘客进入轿厢所经过的时间。而平均候梯时间是指一段时间内，所有乘客的候梯时间的平均值，这是评价电梯控制系统性能的重要指标。统计说明，乘客的心理烦躁程度与候梯时间的平方成正比。当候梯时间超过一分钟时，即所谓长时间候梯时，心理烦躁程度急剧上升。所以，尽量减少长时间候梯率是电梯系统优良性能的重要指标之一。〔2〕平均乘梯时间要求短乘客的乘梯时间是指从乘客进入电梯到乘客到达目的层乘客离开的这段时间。乘客乘梯时间的增长往往会使乘客感觉不舒服、烦躁。如去建筑物顶层的乘客在乘梯时间长于90秒时，会对停靠变得极不刑烦，所以乘客的乘梯时间应保持在一个特定的期限之内。〔3〕系统能耗要求低单台电梯的能耗与所选电梯的驱动方式、机械性能等有关。如最初的电动机——发电机组能耗比拟大，效率较低；而现在的VVVF驱动电梯的能耗和效率都比拟高。电梯能耗的消耗特征是：电梯全速运行时所消耗的电能远远低于减速和加速时的电能消耗。电梯停靠的次数越多。所消耗的电能就越大。对电梯群控电梯静止电梯静止图3.1电梯的三种状态当第一种状态的电梯里有人时，那么电梯向着最近的目标层驶去，如果此时中途有人〔当前所在楼层与目标层之间〕的请求且电梯可以到达，那么改变电梯的目标层使电梯在有人处停止。如图3.2所示，此时电梯正在五楼且向上运行，一、而、八、十楼都有向上请求电梯的信号，但由于一楼和二楼的请求信号不在电梯当前所在楼层和电梯中乘客的目的地之间，所以一、二楼的请求暂时不予以考虑，只响应八、十楼向上的请求。与此同时，三、四、七、九、十二楼有请求向下的信号，电梯对这些信号暂时也不会予以考虑，只有电梯到达所有乘客中目的层最高的楼层后，才会向下运行，此时，向下的信号量才会一一响应。图3.2某单台电梯按键情况当第一种状态的电梯里〔即正处于向下行使〕没人时，假设此时的电梯所在的层数为i,那么搜索i-1到0层间是否有向下的请求，如果有那么将最近的一个请求所在楼层设为目标，如果没有，那么在搜索0到i-1层间是否向上的请求，如果有将最远的一个请求所在的楼层设为目标。第二种情况与第一种类似，再此对于第三种情况的电梯即处于开门状态或者处于关门但是没有明确目标的电梯。同样分为有人与没人两种状态，假设有人，那么找到这些人想去的最近的目标这位目标，假设没人将目标设为整个楼层中请求最早的地方。3.2传统电梯调度算法先来先效劳算法(FCFS)先来先效劳(FCFS-FirstComeFirstServe)算法，是一种随即效劳算法，它不仅仅没有对寻找楼层进行优化，也没有实时性的特征，它是一种最简单的电梯调度算法。它根据乘客请求乘坐电梯的先后次序进行调度。此算法的优点是公平、简单，且每个乘客的请求都能依次地得到处理，不会出现某一乘客的请求长期得不到满足的情况。这种方法在载荷较轻松的环境下，性能尚可接受，但是在载荷较大的情况下，这种算法的性能就会严重下降，甚至恶化。人们之所以研究这种在载荷较大的情况下几乎不可用的算法，有两个原因：任何调度算法在请求队列长度为1时，请求速率极低或相邻请求的间隔为无穷大时使用先来先效劳算法既对调度效率不会产生影响，而且实现这种算法极其简单；先来先效劳算法可以作为衡量其他算法的标准。〔1〕最短寻找楼层时间优先算法(SSTF)找楼层的优化。最短寻找楼层时间优先算法选择下一个效劳对象的原那么是最短寻找楼层的时间。这样请求队列中距当前能够最先到达的楼层的请求信号就是下一个效劳对象。在重载荷的情况下，最短寻找楼层时间优先算法的平均响应时间较短，但响应时间的方差较大，原因是队列中的某些请求可能长时间得不到响应，出现所谓的“饿死”现象。〔2〕扫描算法(SCAN)扫描算法(SCAN)是一种按照楼层顺序依次效劳请求，它让电梯在最底层和最顶层之间连续往返运行，在运行过程中响应处在于电梯运行方向相同的各楼层上的请求。它进行寻找楼层的优化，效率比拟高，但它是一个非实时算法。扫描算法较好地解决了电梯移动的问题，在这个算法中，每个电梯响应乘客请求使乘客获得效劳的次序是由其发出请求的乘客的位置与当前电梯位置之间的距离来决定的，所有的与电梯运行方向相同的乘客的请求在一次电向上运行或向下运行的过程中完成，免去了电梯频繁的来回移动。扫描算法的平均响应时间比最短寻找楼层时间优先算法长，但是响应时间方差比最短寻找楼层时间优先算法小，从统计学角度来讲，扫描算法要比最短寻找楼层时间优先算法稳定。LOOK算法是扫描算法的一种改良。对LOOK算法而言，电梯同样在最底层和最顶层之间运行。但当LOOK算法发现电梯所移动的方向上不再有请求时立即改变运行方向，而扫描算法那么需要移动到最底层或者最顶层时才改变运行方实时电梯调度算法〔1〕最早截止期优先调度算法最早截止期优先(EDF-EarliestDeadlineFirst)调度算法是最简单的实时电梯调度算法，它的缺点就是造成电梯任意地寻找楼层，导致极低的电梯吞吐率。它与FCFS调度算法类似，EDF算法是电梯实时调度算法中最简单的调度算法。它响应请求队列中时限最早的请求，是其它实时电梯调度算法性能衡量的基准和特SCAN-EDF算法是SCAN算法和EDF算法相结合的产物。SCAN-EDF算法先按照EDF算法选择请求列队中哪一个是下一个效劳对象，而对于具有相同时限的请求，那么按照SCAN算法效劳每一个请求。它的效率取决于有相同deadline的数目，因而效率是有限的。〔3〕PI算法PI(PriorityInversion)算法将请求队列中的请求分成两个优先级，它首先保证高优先级队列中的请求得到及时响应，再搞优先级队列为空的情况下在相应地优先级队列中的请求。FD-SCAN(FeasibleDeadlineSCAN)算法首先从请求队列中找出时限最早、从当前位置开始移动又可以满足其时限要求的请求，作为下一次SCAN的方向。并在电梯所在楼层向该请求信号运行的过程中响应处在与电梯运行方向相同且电梯可以经过的请求信号。这种算法忽略了用SCAN算法相应其它请求的开销，因此阶段是由每个区域来表示的。每个阶段可分配的最低层楼到最高层楼是这个动态规划模型的状态。如果将写字楼的4部电梯分为4个区域，可设起始层为0用字母A表示，而最高层楼用E来表示为19楼。如此，从A到E就可分为4个阶段，可用字令S为已经决定的阶段所取的状态，对于分区而言，第k阶段代表的分区区间为[S+1,Sk+1].例如当S₁=1,S₂=2,S₃=5时，那么对应的楼层分区为第一层、第二层到第三层、第四层到第五层以及第六层到最高层这样的四个分区。为求得动态规划的最优策略，确定电梯系统的平均逗留时间尽量少作为优化的目标函数。例如，从A0到B3的连线可取值为,其中W〔3,1〕表示分区中最低楼层为第一层且共有3层楼时；B1到A5的连线可取值为般的从状态i到状态j的连线取值为),其中W(j-i,i+1)表示分区的最低楼层为第i+1层，m表示整栋楼所具有的楼层数。于是该动态规划问题就换成了最短路径问题。可以采用Dijkstra算法求得最短路径和对应的分区区间。除了上述利用动态规划对多路电梯进行分区，从而减少乘客的逗留时间或者乘梯时间。还可以利用楼层优先调度算法，来减少乘客的候梯时间。对于单电梯的调度，其调度算法不是很容易改良，所以可以考虑减少乘客的候梯时间。在不同时间和不同环境中，人们对电梯的要求是不一样的，所以可以根据这一点，可以设置楼层优先级。比方在上班时，一楼电梯的使用率是最高的，这时，可以将一楼设置为电梯优先楼层，电梯每次都会停在一楼。如此，乘客的候梯时间就会减少，从而减少平均候梯时间。还可以让电梯在上班的时间外停留在楼层的中间位置这个方法来减少平均等待时间，电梯如果是停在中间的话，中间上局部的乘客要使用电梯时，也就不会等很长时间，中间下局部的乘客也不会花费太多时间等待电梯。这样，平均候梯时间减少。4.总结与展望4.1总结4.2展望[1]崔英志.面向多媒体应用的磁盘调度算法研究[D].重庆理工大学，2010.[2]陈希，麦雪湖，魏景焕.基于非线性规划的电梯调度研究[J].自动化与仪器表，2011,01:7-9.[3]顾妍午.基于RPSO的分布式电梯群控系统调度算法的优化[J].计算机科[4]孙杨模.操作系统常见的几种算法举例分析[J].湖北三峡职业技术学院学[5]王俊岭.基于集群间两级并行的海量遥感数据调度模型设计与实现[D].河南大学，2013.[5]陈玉仙.新一代电梯的调度算法研究[D].中南大学，2010.[6]王波，段军，卿晓霞，王文章.一种改良调度算法的电梯节能新技术[J].智能建筑电气技[8]董骊.高层建筑电梯群控调度算法研究[D].中南大学，2008.[10]贺燕燕.基于LabView的电梯群控模拟仿真系统研究[11]卿晓霞，王波，段军.考虑等待时间的电梯运行模拟测试与节能分析[J].计算机工程与应[13]YCCho,ZGagov,WHKwon.Elevatorgroupcontrolwithaccuratwaitingtimes.Proceedingsof1999IEEEInternationalconferenceonRDetroit,2009,447--一452[14]王晶，牟晓牧，许鋆，王书宁.紧急疏散电梯调度[15]李建民.基于交通模式识别的电梯调度算法研究[J].自动化与仪器仪表，2008,01:82-85.[16]宾峰，唐立军，周健.基于单片机控制的模拟电梯设计与实现[J].现代电子技[17]RonaldJNorman.Object-OrientedSystem致谢厌其烦的指导和修改，对于我顺利的完成我的毕业论起到了关键的作用。与此同时，我还要感谢给过我帮助的同学，没有他们，我也不能很好的完成论文的写作。另外，我要感谢我学习的学院——数学与计算机科学学院，在这里我学到了很多知识，增长了见识，使我能够顺利完本钱科学业。我会继续努力，继续前进。最后向所有关心过我、帮助过我的领导、老师、朋友和同学们表示衷心的感谢!学生姓名曾娟专业计算机科学与技术班级1011班指导老师王敏撰写一篇正文内容不少于2500汉字的、标准的开题报告；撰写符合标准要求的毕业论文〔正文内容不少于10000汉字〕。格1.现代电梯技术的工作原理的资料；2.电梯调度优化算法研究的资料；3.电梯系统研究和介绍文献资料学生姓名曾娟指导老师王敏数计学院计算机科学与技术班级论文题目电梯调度算法研究开题申请耗和缩短人们的候梯时间，一栋高楼会安装多部电梯。电梯调度算法是很必要的。指导教师意见指导教师签名：开题报告正文随着科学技术的开展，现代的楼房也越来越高，几乎所有的高建筑物都有电梯。高层建筑和智能化建筑的不断出现，作为垂直运输工具的电梯也就得到了越来越广泛的应用，人们对电梯效劳质量提出越来越高的要求，单台电梯往往不能满足建筑内的交通需求。为了减少能源的消耗和缩短人们的候梯时间，一栋高楼会安装多部电梯。所以为了使多部电梯合理运行，研究多电梯调度算法是很必要高层建筑越来越多的出现在我们生活中，利用电梯对高层建筑内的人员进行垂直运输，具有更高的运营效率，同时满足乘客生理和心理的需求，实现高效率的垂直输送。但是当高层建筑逐渐成为城市景观的同时，也带来了一系列平安问题，其中最主要的就是高层建筑如何应对发生火灾、地震、恐怖袭击等紧急情况下的威胁。高层建筑具有楼层多，内部装饰材料多，电气设备多，功能多，人员多，管道竖井多等，造成了高层建筑一旦发生火灾，火势蔓延迅速，人员疏散困难，火灾后的逃生是一个棘手的问题。早在1949年，纽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开展，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，如：日立公司的时间最小/最大群控法，迅达公司的综合效劳本钱群控方法，奥的斯公司的相对时间因子群控方法，三菱公司的综合分散度群控方法等等。在我国，电梯群控的研究最早见于1990年，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，在此根底上力争推出自己的产品。例如1994年，上海电梯制造出智能化电脑网络控制电梯GPS/GPM型，具有缩短候梯时间，设置效劳楼层，消除错误指令及为用户提供保安召唤等功能。1996年，迅达电梯公司公诮最新电梯技术，其中包括将“MicronicVXTM/ATM”用于电梯的人工智能技术，使电梯群控系统能改变运行参数，具有学习功能。1997年，北京西意思英特电梯系统引进美国的电脑神经元智能控制技术和产品部件，在此根底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，有待进一步赶上。现今随着人工智能的不断开展，国内外很多的研究人员将专家系统、模糊控制、人工神经网络以及计算机视觉等应用到电梯群控系统，使系统的性能进一步随着城市高层建筑和智能化建筑的增加，人们对电梯效劳质量提出越来越高的要求，单台电梯往往不能满足建筑内的交通需求，为缩短人们的候梯时间，减少能量的损耗，需要合理安装多台电梯。安装在一起的多台电梯要求单台电梯的控制系统相互联动，且具有监控系统。但仅仅这种方式不能适应客流量的剧烈变化，无法改善在某段时间内必然出现的长候梯现象。对于电梯群的协调调度，要根据轿厢内的人数、上下方向的停站次数、层站及电梯厢内的呼梯信号以及电梯厢所在位置等因素来分析实时客流的变化情况，自动选择最适合客流的情况的输送方式。因此，多台电梯的优化调度系统应运而多电梯的调度系统是通过对电梯群的运行状态进行实时监测与分析，再根据不同的实际情况对各电梯进行优化调度和合理分配，进而实现电梯系统对乘客的效劳质量和效劳效率的改善和提高的目标。电梯调度算法优化问题在现代这个讲究平安的社会里，显得十分的重要。电梯调度算法优化问题即要找到更加适宜的调度算法满足乘客的需求。本文的主要研究内容是电梯调度算法的改良，首先就是研究电梯系统，了解它有哪些特性，然后研究传统的电梯调度算法，再对电梯调度算法进行改良。4.1电梯系统介绍电梯的起源最原始的电梯控制由司机操作，这样不但浪费人力资源而且很不经济。为了解决这个问题，最初采用了简单自动式控制方式，可自动记忆呼梯信号，响应首先呼叫的乘客的需求，但是不能同时记忆多个呼梯信号，使用起来很不方便，效率也低于人力操作的效率。后来出现了集选控制，它能记忆下所有的呼梯信号，在运行方向上依次响应，并且自动在运行方向的信号响应完后接着响应相反方向上的呼梯信由于在建筑物内，单台电梯常常是不能应付全部客流的，因此需要并排设置几台电梯，这样便产生了电梯相互联接的问题。某个建筑物内设置有多台并列的单独操作的电梯，由于人们往往会同时按下几台电梯的召唤按钮，使得几台电梯的轿厢去响应同一呼梯信号，降低了工作效率，增加了能耗，而且在频繁的需求下会造成轿厢聚集现象。因此，安装在一起的多台电梯的合理使用要求单台电梯的控制系统相互联动，且具有自动监控系统。于是出现了用集选方式控制的并列两台电梯的联动控制方式。但是，在大型的办公楼里，上班时的上行乘客、午饭时的上下行乘客、下班时的下行乘客非常多，轿厢需要频繁地往返运行，这时就显示了这种方式的缺乏之处，它不能适应这种客流量的剧烈的变化规律，难以克服轿厢的频繁往返，也无法改善在某段时间内必然出现的长候梯现象。显然单靠增加电梯的荷载、速度、台数不能改善这种现象。因此，关键问题在于对这群电梯的协调调度，要根掘轿厢内的人数，上下方向的停站次数，层站及轿厢内的呼梯信号以及轿厢所在位置等因素，来分析实时客流的变化情况，自动选择最遥宜于客流情况的输送方式。为解决这个问题，二十世纪四十年代，美国两大电梯制造公司Otis电梯公司和西屋电机公司研究出一种新的电梯控制方式，即电梯群控方式。它能根据客流情况的变化，高效率地对所有各层进行充分的效劳，一经推出，这种控制方式的电梯需求量迅速增加。电梯的开展很久之前，人们就使用一些原始的升降工具运送人和货物。公元前100年前后，我国古人创造了辘转，它采用卷筒的回转运动完成升降动作，因而增加了提升物品的高度。公元前236年，希腊数学家Archimedes设计制作了由绞车和滑轮组构成的起重装置。这些升降工具的驱动力一般是人力或畜力。19世纪初，在欧美开始用蒸汽机作为升降工具的动力。1845年，威廉汤姆逊研制出1台液压驱动的升降机，其液压驱动的介质是水。尽管升降工具被一代代富有革新精神的工程师们进行不断改良，然而被工业界普遍认可的升降机仍未出现，直到1852年世界第1台平安升降机诞生。1889年，升降机开始采用电力驱动，真正出现了电梯。电梯在驱动控制技术方面的开展经历了直流电机驱动控制，交流单速电机驱动控制，交流双速电机驱动控制，直流有无齿轮、无齿轮调速驱动控制，交流调压调速驱动控制，交流变压变频调速驱动控制，交流永磁同步电机变频调速驱动控制等阶段。19世纪末，采用沃德-伦纳德系统驱动控制的直流电梯出现，使电梯的运行性能明显改善。20世纪初，开始出现交流感应电动机驱动的电梯，后来槽轮式〔即曳引式〕驱动的电梯代替了鼓轮卷筒式驱动的电梯，为长行程和具有高度平安性的现代电梯奠定了根底。20世纪上半叶，直流调速系统在中、高速电梯中占有较大比1967年，晶闸管用于电梯驱动，交流调压调速驱动控制的电梯出现在1983年，变压变频控制的电梯出现，由于其良好的调速性能、舒适感和节能等特点迅速成为电梯的主流产品。1996年，交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯出现，电梯技术又一次革新。由于曳引机和控制柜置于井道中，省去了独立机房，节约了建筑本钱，增加了大楼的有效面积，提高了大楼建筑美学的设计自由度。这种电梯还具有节能、无油污染、免维护和平安性高等特点。生活在继续，科技在开展，电梯技术也