第卷第期控制与决策年月
文章编号
电梯群控系统智能优化调度方法的研究
宗群童玲薛丽华
天津大学电气与自动化工程学院天津
摘要提出一种能够适应各种交通流模式的电梯群控智能优化调度方法运用模糊神经网络对电梯的状态变量进行数据融合融合出影响调度决策的电梯特征参数通过小生境遗传算法对特征参数进行多目标优化分析完成最优调度仿真实验表明该方法能够在各种交通流模式下进行相应的合理调度
关键词电梯群控系统调度方法数据融合小生境遗传算法
中图分类号文献标识码
引言
传统的电梯群控调度方法一般只能适应某一种交通流模式如上高峰调度方法就是针对上高峰交通模式而设计的这种单一的调度方法在交通流模式发生变化时不能继续保证电梯服务性能指标达到最优此时电梯群控系统必须切换到另一种适应当前交通流模式的调度方式所以传统的调度方法不具备良好的适应性
针对以上问题本文提出一种新的智能优化调度方法采用基于模糊神经网络的数据融合和基于小生境遗传算法的优化调度决策共同完成电梯多目标优化调度该方法能够适应各种交通模式的变化并且在不同交通流下均能达到电梯各项服务指标综合最优
电梯群控系统结构
电梯群控系统的结构如图所示主要由两部分组成信息处理单元和基于小生境遗传算法的电梯优化调度单元信息处理单元负责交通流数据的统计以及电梯状况和影响电梯调度结果的状态变量的采集等并通过进行数据融合融合出
收稿日期修回日期
基金项目天津市自然科学基金重点资助项目
作者简介宗群男天津人教授博士生导师从事随机离散事件建模与仿真及智能控制技术等研究童玲女天津人硕士生从事预测控制的研究
影响电梯调度的特征参数电梯优化调度单元接收由信息处理单元传来的每台电梯影响电梯调度的特征参数选取合适的目标函数采用小生境遗传算法对所有电梯进行多目标优化调度计算将优化调度的结果传送给虚拟仿真环境进行调度仿真
图电梯群控系统结构
电梯群控系统的数据融合
数据融合是将多个冗余或互补信息依据某种准则进行组合以获得被测对象的一致性解释或描述使该信息系统的性能比其各组成部分的子集所构成的系统的性能更优电梯群控系统是一个非线性随机离散动态系统存在大量不确定性所以在此引入模糊神经网络模型进行数据融合保证了信息融合的灵活性可靠性和严密性
在电梯群控系统中影响电梯调度的因素是多方面的每部电梯都有自己相对于当前交通流和电梯调度的特征参数因此对每部电梯采用一个对其输入的状态变量进行融合得到自己的相关特征参数从而由各部电梯融合结果的特征参数组成电梯调度单元的输入
图为一个网络组示意图该网络组采用两层融合结构原始数据层融合和特征层融合原始数据层指影响特征参数的影响变量包括交通状态电梯状态和呼梯状态等状态变量
第层是原始数据层融合
融合算法采用模糊或运算即
式中为参加第个原始数据层融合运算的第个状态变量为融合率经原始层融合运算得到等待时间运行时间拥挤度能耗交通特征等信息并将其作为特征层融合的输入数据
第层是特征层融合融合算法采用模糊广义均值运算即
式中为第个特征层向量即原始数据层融合结果为融合互补率为权值经两层融合后大量的电梯状态变量精简为对电梯调度决策有决定性作用的电梯特征参数并将其作为优化调度单元的输入
电梯群控系统的智能优化调度方法
在优化调度单元采用基于小生境遗传算法的全局优化方法确定电梯最终优化调度结果梯群的优化调度问题实际上是一个多目标优化问题
用一般的遗传算法求解多目标函数的最优化问题时算法未限制相同解或类似解的数量这样只能找到个别的几个局部最优解因此在遗传算法中引入小生境技术限制了解集内个别解的数量维护了解的多样性能产生出种类较多的不同的最优解该算法应用在电梯调度中的步骤描述如下编码按外呼梯方向和呼梯楼层顺序进行排列编码以矩阵形式给出为电梯数量为外呼梯个数例如
图电梯群控网络组示意图
控制与决策第卷
[A](3+2)>6=
15812
5
21
111
1
1
1T L 1J 11楼层
呼梯方向电梯1电梯2
电梯3
.
以上编码表示有3部电梯 当前有6个外呼信号 呼梯方向中的1表示上呼.调度方案为:1号电梯响应1层~5层~8层的上呼 2号响应12层的下呼 3号响应5层和2层的下呼.
2)求初始解集:首先随机列举出 个可行的调度方法 构成一个群控调度方法的初始解集P(t) 并设置进化代数计数器t -1;再按求解多目标的方法求出解集P(t)中各解的适应度f z (X) z = 1 2 .f z (X)为一组综合衡量电梯服务质量和效率的性能指标.
f z (X)=K/X 6
(3)X 6=
Z m
z=1
:z
.
(4)
其中:K 为常数 X 6>O 为当前调度方案的评价函数 :z 为方案分派给电梯z 的呼梯的评价值.
:z =
Z h
j=1k
(j)
wt f wt (wt zj Awt zj )+
Z
h
j=1
k (j)Tt f Tt (Tt zj ATt zj ).
(5)
其中:1 z m O j h;m 为电梯数量;h 为楼层数;k
(j)wt
k
(j)Tt
分别为楼层j 等待时间和乘梯时间权系
数;f wt f Tt 为等待和乘梯时间的估算函数.
3)排序:根据各解的适应度大小对解集进行降
序排列 记忆前 个解( < ).
4)选择:对P(t)进行比例选择运算 得到P /(t).
5)交叉:对P /(t)进行两点交换运算 得到P /(t).
6)变异:对P /(t)进行均匀突变运算 得到P /(t).
)小生境淘汰运算:将第6)步得到的 个解和第3)步中所记忆的 个解合并在一起 得到一个含有 + 个解的新解集;然后求出新解集中每两个解X z 与X j 之间的近似程度 即海明距离
S(c(X z X j ))=
X z -X j =
Z
k=1
(:zk
-:jk
)
2
~
.(6)
其中:z =1 2 + -1;j =z +1 + .若这个距离在预先指定的范围L 内 即 X z -
X j L 时 再比较二者之间的适应度大小 对其中适应度低的解处以罚函数
f z /(X)=f z /(X)-p(X).( )
式中:p(X)为罚函数 f z /(X)为考虑了罚函数后的新适应度.在电梯群控系统中评价一种调度方法的好坏主要取决于等待时间wt 和乘梯时间Tt.当两种不同的调度方法有相近的wt +Tt 则说明二者服务质量相当 即近似程度很高 距离L 很小 所以L =g(Awt zj +ATt zj ).(8)
这样 对于在预先指定的L 范围内的任意两个解 其中较差的解处以罚函数后 其适应度变得更小 在择优进化中被淘汰的概率更大.
8)重新排序:依据f z /(X)对新解集再次进行降序排列 记忆前 个解.
9)终止条件的判断:若未达到性能指标最优 即不满足终止条件 则更新进化代数计数器t -t +1 并转到第4)步 直至满足终止条件.最终解作为电梯调度单元的输出.
该方法使得在某一相似距离L 内只存在一个最优解 实现了在降低调度方法近似程度的基础上达到各性能指标最优 既维护了调度方法的多样性 又能保证各方法在整个解空间分散.
3
智能优化调度方法的仿真
在电梯虚拟仿真环境下对各调度方法进行仿
真比较.选取3组交通流 用各调度方法对每种交通流分别进行多次仿真.
交通流A:上高峰-空闲-随机层间-空闲-下高峰;
交通流B:上高峰-随机层间-空闲-下高峰;交通流C:上高峰-空闲-随机层间-下高峰.选择以下几种调度方法:
方法I :基于分区的高峰期电梯群控方法 适合于高峰交通模式;
方法I :基于遗传算法的电梯群控方法 适合于随机层间交通模式;
方法1:基于交通流概率仿真模型的电梯群控方法 适合于空闲模式;
方法V :基于小生境遗传算法的电梯群控智能优化调度方法 适合于各种交通模式.
表1为用方法I 和方法V 对上述3组交通流的高峰期进行调度的仿真均值统计结果.方法V 与方法I 在电梯启停次数和运载能力方面比较相近 基本实现了高峰期对能耗限制以及处理能力的要求;方法V 的平均往返运行时间比方法I
大 因为
第8期
宗群等:电梯群控系统智能优化调度方法的研究941
每次选择调度方法时方法都要花费大量的时间来评价和比较各调度方法的性能以实现择优调度
表高峰期交通流仿真结果
交通流指标方法方法
平均启停次数
平均往返次数
平均往返时间
平均载重人
运载能力人
平均启停次数
平均往返次数
平均往返时间
平均载重人
运载能力人
平均启停次数
平均往返次数
平均往返时间
平均载重人
运载能力人
表层间交通服务性能
性能指标
交通流交通流交通流
平均
平均
表空闲期交通服务性能
启停使得搜索率降低但方法的往返次数远小于方法弥补了搜索率低的不足总体看方法的适应学习能力达到了预期效果
表和表分别为随机层间部分和空闲期的仿真结果为平均候梯时间为平均乘梯时间为派梯为分派电梯号为候梯时间
为乘梯时间方法与方法一样仅需开动
部电梯便能满足服务要求达到空闲时节省电梯的目的
由表表可知该方法虽然在时间性能上微劣于其他传统方法但仍在许可范围内然而在电梯往返次数上却远小于其他方法不但提高了服务效率而且减少了电梯损耗因此该方法适合于各种交通流模式能满足相应的服务要求
结论
电梯群控系统由信息处理单元和优化调度单元组成采用基于遗传算法的模糊神经网络对信息处理单元中的大量数据进行数据融合简化了输入在优化调度单元采用基于小生境遗传算法进行全局优化调度使其更能适应智能多模式的交通流变化仿真结果表明该方法能在不同交通模式下进行合理调度
参考文献
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罗雪山王震雷模糊神经网络在数据融合中的应用模糊系统与数学
周明孙树栋遗传算法原理及应用北京国防工业出版社
控制与决策第卷
电梯群控系统智能优化调度方法的研究
作者：宗群， 童玲， 薛丽华
作者单位：天津大学,电气与自动化工程学院,天津,300072
刊名：
控制与决策
英文刊名：CONTROL AND DECISION
年，卷(期)：2004,19(8)
被引用次数：22次
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引用本文格式：宗群.童玲.薛丽华电梯群控系统智能优化调度方法的研究[期刊论文]-控制与决策 2004(8)