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1、中北大学2012届毕业论文1 绪论1.1 课题研究究背景电梯作为高高层智能大大厦的主要要垂直交通通工具，电电梯系统的的服务质量量和服务效效率的提高高对建筑物物的有效利利用和性能能发挥将产产生极为重重要的影响响。为提高高服务质量量和服务效效率，电梯梯的控制技技术由单台台电梯的独独立控制发发展到多台台电梯的协协调控制，进进行合理的的调度和管管理，即电电梯群控。所所谓电梯群群控系统EEGCS(Elevvatorr Grooup CContrrol SSysteem)是指指：综合考考虑大楼的的交通模式式、各时刻刻的交通流流量、各楼楼层的乘客客轿外呼梯梯信号等各各种因素，对对一栋楼宇宇里布置在在一起的多
2、多台电梯进进行统一调调度，每个个楼层的召召唤信号集集中由群控控主机来控控制，根据据系统设定定的优化目目标和建筑筑物中的实实际交通状状况，产生生最优派梯梯决策的控控制系统1。电梯群控系系统能够有有效地改善善客流调度度及运输效效果，一直直受到人们们的高度重重视。而我我国在电梯梯群控方面面的起步比比较晚，现现阶段对于于电梯群控控的关键技技术尚未能能完全掌握握，拥有自自主版权的的群控方法法和技术在在实际中的的应用还比比较少，且且与国外相相比还有较较大的差距距。因此，很很有必要在在电梯群控控方面展开开研究。1.2 电梯群控控系统的概概述1.2.11 电梯梯群控系统统的起源历史上第一一台真正的的电梯出现现
3、在18889年122月，由美美国Otiis电梯公公司研制，它它是由电力力驱动，齿齿轮直接传传动的。此此时的电梯梯必须由司司机操作运运行，既浪浪费人力又又浪费资源源且得不到到较好的经经济效益。为为了改善这这一问题，人人们逐渐发发展出了以以下几种电电梯控制方方法2：1、 简易易自动控制制方式这种方式是是一种最简简单的自动动控制方式式。每层的的呼叫按钮钮只有一个个，上行与与下行通用。轿轿厢由层站站呼叫按钮钮和轿厢内内的选层按按钮来启动动运行，最最后停靠在在电梯内选选层或电梯梯外呼梯的的那一层。在在执行某个个呼梯指令令时轿厢不不再应答其其它呼梯信信号。 22、 集选选控制方式式这是一种比比简易自动动控
4、制更高高级的控制制方式，在在此方式中中，中间层层站设有上上、下两个个方向的呼呼梯按钮以以供选择，电电梯能够同同时记住轿轿内选层和和层站呼梯梯信号。轿轿厢应答启启动运行，在在顺向运动动中，依次次应答顺向向的呼梯，在在呼梯层站站停靠。如如果运行前前方不再有有呼梯，轿轿厢就自动动反向运行行，依次回回答反向呼呼梯，最后后回到基站站。3、 电梯梯群控方式式电梯群控方方式就是将将多台电梯梯组成一组组，采用分分布式控制制系统，根根据大楼交交通的情况况，对各台台电梯进行行协调控制制，采用最最优的输送送方式。这这种控制方方式能够提提高建筑物物内多部电电梯同时服服务时的运运行效率、缩缩短电梯的的响应时间间，并通过
5、过合理派梯梯策略来达达到节能的的目的。随着计算机机、通讯技技术的广泛泛应用，智智能大厦得得到了迅猛猛的发展，而而作为垂直直交通工具具的电梯不不仅仅是人人们代步的的工具，同同时也是人人类物质文文明的标志志， 电梯梯技术的发发展水平体体现了社会会科学进步步的程度，因因此有效地地改善电梯梯的客流调调度及运输输效果一直直是国际电电梯业所重重视的课题题之一。电梯群组的的合理控制制不但要对对电梯当前前运行状况况做出分析析评价，还还要对电梯梯将来运行行需求做出出推理预测测，更要对对电梯如何何调度、如如何控制做做出决策。但但由于电梯梯每日每时时的使用状状态都是变变化的，其其使用流量量无法用确确切的数学学模型描
6、述述，传统电电梯群控方方法没有考考虑多部电电梯轿内和和全部厅层层召唤之问问的相互作作用关系，不不能得到最最优解，不不能满足电电梯群组高高性能的控控制要求，为为了更好地地适应电梯梯使用的发发展需求，需需要对电梯梯性能做出出科学、合合理的评价价，需要研研究电梯新新的控制方方式。本文文针对电梯梯群控系统统中控制策策略的优化化方法、评评价指标等等进行研究究，将智能能优化算法法应用到电电梯群控系系统中，从从而达到有有效地协调调多台电梯梯的运行，提提高电梯群群组的运输输效率和服服务质量。1.2.22 电梯梯群控系统统的发展电梯群控系系统自二十十世纪四十十年代起，从从最初使用用继电器，到到集成电路路的应用，
7、乃乃至今日人人工智能的的应用，电电梯群控系系统大致经经历了三个个阶段33： 第一阶段：继电接触触控制方式式41941-19711 年，电电梯群控系系统利用继继电器来实实现系统的的顺序运行行,称之为为自动方式式选择控制制系统。这这种方式的的控制系统统能根据不不同的交通通模式选择择与之相对对应的运行行方式。交交通模式由由上行高峰峰模式、下下行高峰模模式及非高高峰期模式式等组成，采采用时间间间隔的控制制方式。该该群控系统统的厅层召召唤系统比比较单一，在在每个厅层层内分别设设置一上行行按钮和下下行按钮。为为了有效地地控制每部部电梯，给给乘客提供供合理的服服务，控制制系统把建建筑物内的的电梯分开开，并要
8、求求在指定的的停靠层至至少要停靠靠一部电梯梯。该控制制方式能实实现电梯的的无司机控控制，从而而节省了人人力才力，但但整个系统统运行效率率不高，并并且维护起起来也相对对比较复杂杂。 电梯梯群控制的的最简单形形式是方向向预选控制制，每部电电梯都靠方方向预选控控制的方式式来操作，工工作时，主主要是靠在在上行高峰峰、下行高高峰及平衡衡层间交通通选择运行行命令来运运行的，两两部或三部部电梯组成成的梯群比比较适合用用这种控制制方式。继继后，又出出现了将几几部电梯组组成的简单单梯群进行行分区控制制的控制方方法，使它它们分别服服务于交替替的楼层。分分区控制法法虽然缩短短了单部电电梯的运行行周期，与与方向预选选
9、控制相比比运行效率率也得到了了一定的提提高。但由由于这种控控制方式里里的动态分分区算法比比较复杂，因因此主要以以静态分区区法为主。 第二阶段：集选控制制方式1971-19755 年，集集成电路应应用到了电电梯群控系系统的硬件件结构当中中，这样不不但简化了了结构，系系统的可靠靠性也提高高了，也能能处理比较较复杂的逻逻辑运算。与与简易自动动方式相比比，这种控控制方式比比较高级，在在中间层站站内设有可可供选择的的上、下两两个方向的的呼梯按钮钮，并能同同时记忆多多个轿厢内内的呼梯信信号。所派派轿厢在顺顺向运行过过程中，依依次响应顺顺向的呼梯梯信号，并并在相应的的呼梯层站站停靠。若若顺向运行行的前方不不
10、再有呼梯梯信号，轿轿厢就自动动反向运行行，并按顺顺序依次响响应反向的的呼梯信号号，直至返返回基站。该该系统的不不足之处在在于对预测测复杂的候候梯时间所所必需的计计算数值还还不够完善善。 第三阶段：计算机人人工智能控控制方式1975 年至今，计计算机开始始应用到电电梯群控系系统，称之之为现代电电梯群控阶阶段。电梯梯群控系统统中采用计计算机人工工智能技术术控制之后后，电梯群群控系统的的特性开始始用人工智智能技术来来描述，使使电梯群控控系统的整整体服务性性能得到了了一定的提提高，电梯梯交通整体体配置也就就基本完成成了 。此此时的控制制算法参数数在计算机机控制下能能直接在线线修改，并并能将新程程序实时
11、输输入到计算算机当中，不不需要重新新布线，就就能实时控控制算法参参数的完全全改变。在在安装好的的系统上采采用有效的的仿真程序序就能实现现离线计算算，并能合合理选择控控制算法参参数。另外外，一种新新的控制算算法也可以以被仿真技技术离线评评价了，从从而提高了了改变控制制算法的方方便性。数数据记录功功能是计算算机控制的的另一个优优点，交通通状况和目目的地数据据能被计算算机实时记记录下来，并并实时分析析，以提高高电梯群控控系统的整整体使用性性能，还可可以把被检检测部位的的故障数据据记录并保保存下来。除除此之外，计计算机控制制方式还能能远距离查查询这些故故障数据，从从而实时监监测任何故故障的发生生，并依
12、据据这些数据据随时改进进电梯群的的控制算法法参数，实实时满足乘乘客需求。 1975 年至 11982 年是现代代电梯群控控系统的第第一代，这这一时期的的电梯群控控系统，虽虽然在预报报到达楼层层的准确度度上有了一一定的提高高，但乘客客的长候梯梯时间发生生率比较高高，在控制制方式上采采用候梯时时间预测控控制的控制制方式。1982 年至 11988 年是现代代电梯群控控系统的第第二代，与与第一代群群控系统相相比，电梯梯群控的性性能及效率率都取得了了比较大的的发展。一一是把交通通需求的学学习功能加加入到了电电梯群控系系统中，这这样不但使使电梯群运运行状态预预报的准确确度提高了了，而且乘乘客的长候候梯率
13、的发发生也减少少了。准确确预报度的的提高，使使电梯响应应呼梯信号号派梯后，能能实时显示示所派电梯梯这一功能能。二是把把综合评价价系统应用用到了派梯梯方案中，当当有呼梯信信号发生后后，根据群群控系统中中的交通情情况和梯群群状态，综综合评价每每个轿厢的的多个性能能指标，择择优选出最最合适的轿轿厢去响应应呼梯信号号。从而大大大减少了了乘客平均均候梯时间间、平均乘乘梯时间及及整个系统统运行能耗耗等。 随着社会的的发展和人人们对电梯梯越来越高高的需求，11988 年至今，电电梯群控系系统中开始始采用人工工智能技术术，称之为为现代电梯梯群控系统统的第三代代。二十世世纪新兴的的人工智能能技术，与与传统的控控
14、制方法相相比，它对对解决复杂杂控制系统统的问题有有着无法比比拟的优点点5，并并在各个领领域都取得得了显著的的成就。同同时，电梯梯群控系统统的智能化化程度在这这一代中也也得到了进进一步提高高，控制系系统也更趋趋于完善，但但还有待进进一步的发发展 。1.3 本文的研研究目的及及意义电梯群控系系统采用优优化的控制制策略来协协调多台电电梯的运行行，以提高高电梯的运运输效率和和服务质量量。由于电电梯群控系系统本身具具有多目标标性、不确确定性、非非线性、扰扰动性和信信息的不完完备性等特特点，导致致电梯控制制系统变得得十分庞大大，调度算算法日趋复复杂，仅仅仅通过传统统的控制方方法很难提提高电梯群群控系统的的
15、性能。近年来，大大量先进的的控制技术术应用于电电梯群控系系统，使电电梯群控系系统的控制制特性得到到很大的改改善，但仍仍有不少问问题需要进进一步研究究。国内使使用的先进进的电梯群群控系统大大都是从国国外引进的的，具有独独立知识产产权的产品品尚不多见见，而且大大多数集中中在群控理理论和算法法的研究上上，实际应应用中的还还比较少，与与国外的先先进技术相相比还有很很大的差距距6。从从控制技术术研究的角角度看，国国外已有的的先进控制制技术，很很多都掌握握在各个大大的电梯公公司手中，其其核心技术术是不公开开的，而国国内在这些些方面的研研究还有相相当大的差差距。同时时，现有的的电梯控制制技术仍存存在缺点和和
16、不足，如如何把更先先进的技术术应用于电电梯群控之之中，以进进一步提高高现有电梯梯系统的运运行效率，满满足乘客的的需求，仍仍需要进一一步探索和和研究。因因此深入研研究电梯群群控技术，对对提高国内内的整体电电梯控制技技术水平具具有重要的的实际应用用价值。2 电梯梯群控系统统的基础理理论2.1 电梯群控控系统的功功能电梯群控系系统是在大大楼中存在在多台电梯梯时对电梯梯群进行优优化调度的的控制系统统。该系统统可以采集集电梯的实实时状态信信息，并对对电梯群进进行统一调调度，保证证其合理的的运行，以以达到提高高电梯系统统的整体服服务质量、减减少能量损损耗的目的的。电梯群控系系统的主要要功能如下下：l、 数
17、据据采集功能能电梯群控系系统实时检检测电梯系系统中每一一台电梯的的运行状态态，如每台台电梯的当当前位置、运运行方向、载载重、速度度、轿内呼呼叫信号等等，并将这这些信息传传到相应的的上层控制制软件，由由上层软件件对这些信信号进行相相应的处理理。2、 数据据通信功能能电梯群控系系统要实现现对电梯群群的合理分分配和优化化调度，就就要在上层层控制软件件和底层电电梯的控制制器之间建建立通道，进进行信息数数据和控制制命令的传传输，实现现双向通信信。3、 控制制功能电梯群控系系统中，各各电梯对轿轿外呼叫信信号的响应应是由系统统统一分配配的。轿外外呼叫信号号不是直接接分配给乘乘客所呼叫叫的电梯，而而是先传送送
18、到电梯群群控控制模模块。经电电梯群控控控制模块根根据电梯的的状态和当当前位置，采采用一定的的派梯策略略，算出由由哪台电梯梯响应此呼呼梯信号，再再将此信号号分配给电电梯控制模模块。因此此，电梯群群控系统有有控制功能能，可对电电梯控制器器进行控制制，决定响响应该信号号的电梯。4、 预估估计算功能能预估计算功功能是电梯梯群控系统统的核心部部分。电梯梯群控系统统要对大楼楼内的电梯梯交通系统统的交通状状态进行分分析，如：客流量、客客流分布、电电梯状态、电电梯分布等等，通过分分析可以对对乘客呼梯梯信号、电电梯下一时时刻的响应应情况进行行预测，然然后根据一一定的派梯梯策略进行行调度，使使电梯得到到最优控制制
19、。5、 监测测显示功能能电梯群控系系统可以对对每台梯的的当前位置置、运行方方向、载重重、速度、梯梯内呼叫信信号、响应应情况等信信号以及每每个乘客轿轿外呼叫信信号的派梯梯结果进行行实时监测测，且在界界面上显示示。6、 自学学习功能电梯群控的的问题仅仅仅依靠数学学模型的描描述来实现现是不够的的，还需要要采用学习习、使用和和获取经验验知识的方方法，即系系统的自学学习。虽然电梯群群控系统存存在大量的的不确定性性，但在较较长一段时时间内仍然然有较大的的规律性。任任何一座大大楼都有一一定的工作作周期，在在不同周期期的同一时时间会存在在相似的系系统状态和和系统输入入，所以通通过统计各各时间段的的电梯运行行的
20、各参数数，就可以以实现群控控系统的自自学习圈。例例如统计一一天内各时时间段内的的客流量，可可以通过分分析各楼层层何时处于于高峰请求求期，将电电梯优先调调度到该楼楼层，以减减少侯梯时时间、缩短短长候梯率率。一般来来说，电梯梯运行的交交通模式可可以分为上上行高峰交交通模式、下下行高峰交交通模式、随随机层间交交通模式和和空闲交通通模式。电电梯群控系系统的调度度可以根据据不同交通通模式进行行适当的调调整，例如如在上行高高峰模式下下，基站发发出的呼梯梯信号多，应应使电梯尽尽快地到达达基层；而而在空闲交交通模式下下，则可以以适当的减减少运行电电梯的台数数，节省能能量。2.2 电梯群控控系统的特特点电梯群控
21、系系统实际上上是对多台台电梯的调调度问题，其其复杂性是是由电梯群群控系统的的特性所决决定的，具具体表现在在电梯群控控系统所固固有的多目目标性、不不确定性、非非线性和信信息的不完完备性77等几个个方面。1、 多目目标性电梯群控系系统是用来来管理多台台电梯并对对建筑物内内所有乘客客提供服务务的系统，它它所包含的的事件在时时间和空间间上都是离离散的，其其控制目标标体现在服服务质量、服服务数量和和节能三方方面。因此此，群控的的控制目标标为多目标标，主要表表现在以下下凡方面：(1)平均均候梯时间间短候梯时间指指当乘客按按下层站呼呼叫按钮，直直到所派电电梯到达此此层乘客进进入轿厢所所经过的时时间。平均均候
22、梯时间间是指所有有候梯时间间的平均值值。平均候候梯时间是是评价电梯梯群控系统统重要的性性能指标。(2)长候候梯率低长候梯时间间指候梯时时间超过11分钟的候候梯时间。长长候梯率是是指长候梯梯时间发生生的百分率率。统计表表明，乘客客的心理烦烦躁程度是是与候梯时时间的平方方成正比的的，当候梯梯时间超过过60秒即即所谓长候候梯时，其其心理烦躁躁程度急剧剧上升，所所以应尽量量减少长候候梯的发生生。(3)系统统能耗低单台电梯的的能耗与所所选电梯的的驱动方式式、机械性性能等有关关。如最初初的电动机机发电机机组能耗比比较大，效效率较低；而现在的的w(Varriablle Vooltagge anndVarri
23、ablle Frrequeency)驱动电梯梯的能耗和和效率都比比较高。电电梯能耗的的消耗特征征是：电梯梯全速运行行时所消耗耗的电能远远远低于减减速和加速速时的电能能消耗。电电梯停靠的的次数越多多，所消耗耗的电能就就越大。对对电梯群控控系统而言言，电梯型型号一经确确定，单台台电梯一次次起停的电电能消耗就就已经确定定。所以电电梯群控系系统节能主主要依靠群群控系统合合理地安排排与调度梯梯群对呼梯梯信号的响响应，尽量量减少起停停次数，同同时起停次次数的减少少也会延长长梯群的整整体寿命。(4)平均均乘梯时间间短乘客的乘梯梯时间指从从乘客进入入电梯到乘乘客到达目目的层乘客客离开的这这段时间。乘乘客乘梯时
24、时间的增长长往往会使使乘客感觉觉不舒服、烦烦躁。如去去建筑物顶顶层的乘客客在乘梯时时间长于990秒时，会会对停靠变变得极不耐耐烦，所以以乘客的乘乘梯时间应应保持在一一个特定的的期限之内内。(5)客流流的输送能能力高电梯的输送送能力是电电梯的重要要指标之一一。输送能能力的不足足往往会造造成乘客的的拥挤，平平均候梯时时间长等不不良性能。特特别是在上上行高峰期期，客流密密度极大，需需要电梯系系统迅速将将乘客送往往各目的层层。为提高高电梯系统统的输送能能力，很多多系统往往往会在上行行高峰期将将电梯群分分为两组，一一组专门往往返于基站站与高层之之间，一组组服务于低低层区间，经经过对乘客客的正确性性引导，
25、可可使输送能能力提高220。(6)乘坐坐电梯的舒舒适度高舒适度主要要指轿厢内内拥挤度以以及乘坐环环境。(7)预测测轿厢到达达时间准确确率高很多电梯系系统配有电电梯到达时时间显示系系统，如果果预测时间间不准确，则则会造成乘乘客的不安安和烦躁，也也会降低系系统的整体体性能。以上七点是是系统的主主要性能评评价指标，可可知电梯群群控系统是是一个多目目标控制系系统，而且且各个目标标之间是相相互矛盾的的。如拥挤挤度要求小小，会使平平均候梯时时间增长。平平均候梯时时间短则会会使长时候候梯发生率率高。所以以各个指标标之间的相相互平衡成成为电梯群群控系统的的控制难点点。2、 不确确定性电梯交通系系统存在着着大量
26、的不不确定性：(1)呼梯梯信号的产产生层不确确定。(2)各层层站的乘客客数不确定定。(3)呼梯梯者的目的的层不确定定。(4)建筑筑物内存在在的与环境境因素有关关的变化的的交通路况况是不确定定的；例如如建筑的结结构规模和和使用情况况等。这些不确定定性的存在在给群控系系统确定交交通模式，预预测轿厢到到达目的层层时间等造造成极大的的障碍，使使系统不能能对某一特特定情况给给出最优控控制。3、 非线线性电梯交通系系统存在着着非线性：(1)对同同一组厅层层呼叫，在在不同的时时间标度下下，轿厢的的分配是不不同的，轿轿厢分配的的变化是不不连续的。(2)所能能分配的轿轿厢数目有有限，受系系统所有轿轿厢数目限限制
27、。(3)轿厢厢容量是有有限的，当当轿厢容量量达到饱和和点时，轿轿厢会不停停而过。(4)轿厢厢会在运行行中频繁改改变方向。4、 扰动动性电梯群控系系统还不可可避免地具具有不确定定的随机干干扰，如：(1)乘客客可能登记记了错误的的厅呼造成成不必要的的停站。(2)乘客客可能登记记了错误的的目的层造造成不必要要的停站。(3)乘客客可能错误误地造成轿轿厢门不能能正常开启启关闭，而而干扰系统统的正常运运行等。5、电梯群群控系统中中信息的不不完备性电梯群控系系统中存在在着大量的的不准确信信息：(1)电梯梯轿厢中的的乘客人数数不能准确确获得；虽然轿厢的的底部装有有称重装置置，但由于于人的个体体体重差异异较大，
28、所所以不能获获得轿厢内内乘客数的的准确数据据。这会导导致对轿厢厢内拥挤度度和对候梯梯时间的预预测不准确确，增加系系统控制的的难点。(2)乘客客进入轿厢厢的时间因因个体的不不同而不同同，同样不不能获得准准确数据。(3)乘客客进入轿厢厢前，其目目的层是不不可知的。使使对乘客乘乘梯时间的的预测和对对其它乘客客候梯时间间和乘梯时时间的影响响的预测误误差较大。以上所提到到的电梯群群控系统的的多目标性性、非线性性、不确定定性、扰动动性和信息息的不准确确性说明电电梯群控是是一个非常常复杂的控控制系统。2.3 电梯群控控系统的性性能评价指指标在一个控制制系统中，性性能评价指指标通常用用来衡量系系统采用的的控制
29、器的的优劣。因因此，选择择一个较客客观合理的的系统性能能指标用以以估计控制制器所产生生的效果就就显得尤为为重要。用用来衡量电电梯群控系系统服务性性能的评价价指标由时时间评价指指标、能耗耗评价指标标、乘客状状态评价指指标和乘客客的容忍度度评价指标标等四部分分组成88。2.3.11 时间间评价指标标在对电梯群群控系统的的研究中，时时间评价指指标被更多多地考虑进进来。系统统的服务时时间越短，其其消耗越少少，系统效效率就越高高。时间评评价指标有有以下几种种：1、 平均候梯时时间AWTT（2.1）试中，Tww(i)为为第i个乘乘客的实际际候梯时间间，Np为电梯系系统总乘客客数。2、 平均乘梯时时间ART
30、T（2.2） 试试中，Trr(i)为为第i个乘乘客的实际际乘梯时间间。3、 平均到达时时间AATT(2.3)4、 最长候梯时时间MWTT(2.4)5、 总运行时间间TRT(2.5)其中，TRRT系统停停止运行的的时刻，SSST为系系统开始运运行的时刻刻。6、 平均运行周周期ARTTT(2.6) 式式中，Nee为群控系系统的电梯梯数目，RRi为第i台台电梯的总总环行次数数，RTTTij为第ii台电梯运运行第j圈圈所用时间间,Narrp为电梯梯运行一圈圈的平均载载客数，LL5为5分钟钟内载客率率。2.3.22 能耗耗评价指标标电梯群控系系统的能耗耗越少，其其服务成本本就越低。电电梯的运行行距离与能
31、能耗有着密密切的联系系，但在很很多情况下下能耗评价价函数并未未被列入考考虑中。在在不同的交交通模式下下，对系统统的要求也也不同。能能耗评价指指标可由以以下两个量量决定：1、 总运行距离离Di(2.7)式中，D(i)为第第i台电梯梯的总运行行距离，NNe为群控系系统的电梯梯数目。2、 总能耗AEE(2.8)式中，E(i)为第第i台电梯梯的总能耗耗。2.3.33 乘客客状态评价价指标 单单位时间内内电梯系统统运送的乘乘客数量越越多说明系系统的载客客能力越强强。乘客状状态评价指指标由乘客客数量、乘乘客的分布布以及运送送时间决定定。系统的的载客率和和运送效率率由以下各各量来描述述：1、 5分钟内载载客
32、率L55(2.9)试中，总运运行时间TTTR的单单位为秒（ss） 2、基基于距离的的运载率（2.100）式中，dd为单位楼楼层下5分分钟内的载载客率，DDt为总运行行距离，DDf为楼层高高度。2、 基于能耗的的运载率（2.111）式中，ee为单位能能耗下5分分钟内的载载客率。2.3.44 乘客客的容忍度度 电电梯群控系系统存在很很多不确定定因素，因因此电梯系系统与其他他交通工具具相比，在在行程安排排上有很大大差别。当当一台电梯梯被指派去去响应一个个厅层召唤唤时，该乘乘客到达目目的层站的的时间可以以由当前的的交通状况况预测出来来，但在接接下来的时时间里可能能有其他乘乘客加入到到交通流中中，那么原
33、原来的派梯梯结果经常常会导致原原乘客的到到达时间被被拖延。对对乘客来说说，确切的的服务时间间可以理解解为从到达达电梯系统统起直到离离开电梯止止。因此，服服务时间的的不确定性性是存在于于系统中的的，并且其其出现概率率非常高。对对电梯群控控系统来说说，响应时时间延迟的的减少说明明该派梯策策略能有效效地避免不不确定因素素，这有利利于提高效效率降低能能耗。与乘乘客容忍度度有关的指指标定义如如下：1、 平均候梯梯延迟时间间aw（2.122）式中，Tww0为第ii个乘客最最短候梯时时间的预测测值,Npp为电梯系系统的总乘乘客数，TTw(i)为为第i个乘乘客的实际际候梯时间间。2、 平均乘梯梯延迟时间间aj
34、（2.133）式中，Tjj0(i)为第i个个乘客最短短乘梯时间间的预测值值。3、 平均到达达延迟时间间aa (2.14） 2.4 电梯群控控系统的特特征值 在在电梯群控控系统的控控制中，需需要综合考考虑影响派派梯的多种种因素。电电梯系统的的输入信号号和状态信信号很多，可可以将这些些信号进行行分析并计计算处理，提提取出能反反映电梯群群控系统特特征的一些些量作为特特征值，用用于对梯群群进行调度度。特征值值的提取要要尽可能完完整地包括括系统的各各种信息，以以使派梯结结果趋于合合理并能提提高系统效效率。下面面介绍几种种电梯群控控系统的主主要特征值值9。1、 距离离特征值距离特征值值包括响应应距离和乘乘
35、梯距离。（1）响应应距离：从从电梯的当当前位置到到厅层召唤唤所在层将将要经过的的楼层数；（2）乘梯梯距离：从从候梯乘客客进入电梯梯起到电梯梯到达对应应目的层将将要经过的的楼层数。 距距离特征值值与系统派派梯后的服服务时间和和能耗有很很大关系，因因此一直以以来人们将将距离特征征值作为派派梯时的主主要考虑因因素。但与与时间特征征值和能耗耗特征值相相比，距离离特征值对对派梯结果果的可靠程程度和准确确程度都偏偏低。 22、 时间间特征值时间特征值值包括：（1）乘客客候梯时间间的估计值值；（2）乘客客乘梯时间间的估计值值；（3）有新新呼梯信号号产生时，电电梯群控系系统平均候候梯时间的的估计值；（4）有新
36、新呼梯信号号产生时，电电梯群控系系统平均乘乘梯时间的的估计值。派梯时考虑虑特征值（11）和（22）有利于于提高对某某个乘客的的服务质量量，而不考考虑整个系系统的平均均性能。特特征值（33）和（44）仅考虑虑系统的整整体性能，如如果平均候候梯时间和和平均乘梯梯时间的估估计值较小小，则派梯梯后系统的的实际运行行时间值也也较小。3、 能能耗特征值值能耗特征值值包括响应应能耗和额额外能耗。（1）响应应能耗：电电梯从接到到派梯任务务起到响应应该呼梯的的过程中需需要消耗的的能源：（2）额外外能耗：电电梯在执行行某一派梯梯任务过程程中，要响响应新加入入的厅层召召唤需要额额外消耗的的能源。如果派梯时时能使额外
37、外能耗减小小，那么总总能耗就会会降低。能能耗特征值值要比距离离特征值对对派梯结果果的准确程程度高。4、 停站次次数特征值值停站次数特特征值包括括响应过程程停站次数数和额外停停站次数。（1） 响应过程停停站次数：电梯在响响应某厅层层召唤过程程中需要停停站的次数数；（2） 额外停站次次数：电梯梯在执行某某一派梯任任务过程中中，要响应应新加入的的厅层召唤唤所需要的的额外停站站次数。停站次数在在很大程度度上影响到到时间特征征值和能耗耗特征值，但但停站次数数少并不能能说明电梯梯的运行时时间也相应应减少，还还需要考虑虑到电梯的的当前位置置和交通状状况的分布布。在电梯梯群控系统统的服务过过程中，停停站次数直
38、直接影响到到乘客的心心理，如果果停站次数数很多，乘乘客会变得得不耐烦并并有不舒适适感。由于于能耗特征征值和时间间特征值不不易提取，停停站次数特特征值通常常被用来近近似地衡量量电梯系统统的服务时时间和能耗耗。5、 梯内空闲量量特征值在多数电梯梯群控系统统中，电梯梯内的空闲闲量没有被被作为派梯梯时的考虑虑因素，会会经常会出现现指派满载载电梯响应应呼梯的情情况，这在在很大程度度上增加了了乘客的候候梯时间，同同时也降低低了系统效效率。如果果将电梯空空闲量特征征值考虑进进来，上述述问题可以以避免，而而且可以提提高电梯的的载客能力力从而降低低能耗。派派梯时，选选择空闲量量大的电梯梯还是空闲闲量小的电电梯要
39、根据据当前交通通状况分布布而定，要要首先考虑虑系统的整整体性能，其其次是单梯梯效率。由由此可知、空空闲量特征征值是必不不可少的。综综上所述，电电梯群控系系统的派梯梯策略要将将各种因素素融合起来来，既要从从整体上提提高系统性性能，又要要满足单个个乘梯要求求，提高乘乘客的满意意度。2.5 本章小结结本章分析了了电梯群控控系统的特特征、得出出了该系统统所具有的的多目标性性、非线性性、不确定定性、扰动动性和信息息的不完备备性，研究究了电梯群群控系统的的各种交通通模式以及及主要的性性能评价指指标，说明明电梯群控控系统是一一个非常复复杂的控制制系统，为为进一步的的研究打下下基础。3 粒子子群优化算算法19
40、95 年，Keenneddy 和 Eberrhartt10 等人，在在研究人工工生命结果果的影响下下，提出了了粒子群优优化算法（PPartiicle Swarrm Opptimiizatiion，PPSO）。该该算法是在在对鸟群和和鱼群捕食食这一行为为模拟的基基础上，得得到的一种种简化了的的社会模型型。由于 PSO 算法概念念简单，容容易实现，在在被提出的的短短几年年时间内，得得到了人们们的很大关关注，同时时也获得了了很大的发发展，并在在它的基础础上又出现现了很多被被改进的粒粒子群优化化算法，在在多个学科科和工程领领域都得到到了应用。但但由于该算算法是在对对社会模型型模拟的基基础上建立立的，所
41、以以，在该算算法提出的的初期并不不是以数学学理论为基基础的，但但随着人们们的进一步步深入研究究，PSOO 算法法的严格数数学基础就就逐步建立立起来了。本本章是在先先介绍基本本粒子群算算法的基础础上，又介介绍了如何何将 PSSO 算法法应用到多多目标优化化的领域。3.1 基本粒子子群算法概概述PSO 算算法是一种种基于群体体的新兴演演化算法。设设想有这样样一个场景景一群鸟在在随机搜索索食物不知知道食物放放在何处，在在整个搜索索区域中只只有一块食食物。所有有的鸟都不不知食物在在何处，但但它们知道道自己当前前的位置距距离食物还还有多远。那那么找到食食物的最优优策略是什什么呢？最最简单有效效的方法就就
42、是在目前前离食物最最近的鸟的的周围区域域搜寻。 粒子群优化化算法是在在鸟群觅食食模型中得得到启示，并并成功用于于解决优化化问题的。在在该算法中中，搜索空空间中的每每一只鸟被被看作是优优化问题中中的每一个个解，称之之为“粒子”（parrticlle）或“主体”（ageent），该该粒子能通通过超维搜搜索空间“流动”。每个粒粒子都有自自己的位置置和速度，还还有一适应应值被优化化函数所决决定，能知知道到目前前为止发现现的最好位位置（pbbest）和和现在的位位置 Xii，可看作作单个粒子子的经验。每每个粒子在在搜索空间间中的位置置变化是以以个体的社社会心理意意向为基础础的，即每每一粒子个个体都想成成
43、功地超过过其他个体体。每个粒粒子的经验验或知识影影响都会影影响其相邻邻粒子的变变化。另外外，到目前前为止整个个群体中所所有粒子发发现的最好好位置（ggbestt）也能被被每个粒子子所知道（ggbestt 是在 pbesst 中的的最优值），可可看作是单单个粒子的的同伴经验验。每个粒粒子的当前前位置由下下列信息所所决定: 11当前位位置； 22当前速速度； 33当前位位置与自己己最好位置置之间的距距离； 44当前位位置与群体体最好位置置之间的距距离。 作为群优化化的粒子群群算法的粒粒子群可认认为是粒子子在 D 维空间内内，依照一一定的规律律传递信息息，同时，依依据信息的的变化改变变自身状态态，具
44、备自自组织行为为。 各粒粒子的个体体极值构成成的矩阵：P=（pp1,p2,pn），是粒粒子群信息息的主要来来源。从 P 中可可以获得群群体最优位位置全局极极值 P 和各个粒粒子自身经经验最优位位置个体极极值 P 的信息。粒粒子群就是是由群体最最优位置快快速收敛形形成的，并并能在全局局极值的邻邻域中进行行搜索；个个体自身经经验最优位位置能保证证粒子不要要过快收敛敛到群最优优，从而避避免陷入局局部极小点点，这样能能使粒在一一次迭代中中的搜索区区域在个体体极值和全全局极值之之间。 群群体间粒子子的合作，使使得粒子群群算法具有有高效的搜搜索性能。每每个粒子不不仅能向群群体提供信信息还能协协助其它粒粒子
45、进行搜搜索，所以以粒子在进进化过程中中，能保证证搜索和收收敛的平衡衡。3.2 基本PSSO算法原原理粒子群优化化算法PSSO主要是是通过每个个粒子当前前的状和在在飞行过程程中所经历历过的最好好位置，以以及整个群群体所经历历过的最好好位置来计计算粒子下下一步运动动的方向和和速度111和位位置的更新新公式如下下：（3.1）（3.2）式（3.11）、(33.2)中中：d=11,2,D,DD代表第dd维搜索空空间；i=1,22,m,mm是该群体体中粒子总总数；Vid为迭迭代粒子ii飞行速度度矢量的第第d维分量量；Pid为粒粒子i个体体最好位置置plesst的第dd维分量；Pgd为群群体最好位位置gbe
46、est的第第d维分量量；C1、C22为权重因因子；r1、r22为随机数数，产生0,1的随机数数；W为惯性权权重函数。通过（3.1）式可可以看出，粒粒子 i 速度的更更新主要由由三部分组组成： 1、 粒子子 i 前前一时刻的的速度；2、 粒子子 i 当当前位置与与自己最好好位置间的的距离； 3、 粒子子 i 当当前位置与与群体最好好位置间的的距离。（3.2）式式为粒子 i 更新新位置的坐坐标。粒子子 i 下下一步的运运动位置由由式（3.1）,（33.2）共共同决定。 搜索时，粒粒子的位置置被最大位位置和最小小位置限制制，如果某某粒子在某某维的位置置超出该维维的最大位位置或最小小位置，则则该粒子的
47、的位置被限限制为该维维的最大位位置或最小小位置。同同样，粒子子的速度也也被最大速速度和最小小速度所限限制，如果果当前对粒粒子的加速速度导致它它在某维的的速度超过过该维的最最大速度或或最小速度度，则该粒粒子该维的的速度被限限制为该维维的最大速速度或最小小速度。 公式（3.1）的第第 1 部部分由粒子子先前速度度的惯性引引起；第 2 部分分表示粒子子本身的思思考，即粒粒子本身的的信息对自自己下一步步行为的影影响；第 3 部分分表示粒子子间的信息息共享和相相互合作，即即群体信息息对粒子下下一步行为为的影响。3.3 基本PSS0算法流流程粒子群优化化算法具有有编程简单单，易实现现的特点，粒粒子群优化化算法的流流程122如下所所示。 开始 随随机初始化化粒子位置置和粒子速速度 计计算每个粒粒子的适应应度 根据粒粒子适应度度更新粒子子的速度与与位置 根据公公式（3.1）和（33.2）更更新粒子群群的速度与与位置 NOO