CN109264518A - 多轿厢电梯优化调度设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电梯调度控制方法领域，特别涉及一种多轿厢电梯优化调度设计方法，包括：步骤1.生成任务，数据采集模块采集乘客、轿厢数据，并将数据传送给其他模块；步骤2.函数更新模块接收数据采集模块的数据，将更新后的经验函数传送给模型建立模块；步骤3.模型建立模块建立电梯调度模型；步骤4.模型求解模块求解调度模型，并将求解结果传送给决策模块；步骤5.决策模块接收模型求解模块生成的数据，生成调度指令，将指令传送给轿厢控制模块；步骤6.轿厢控制模块接收调度指令完成调度指令。本发明的有益效果和优点是：将电梯调度过程模块化，采用电子信号传输的方式控制电梯调度，使调度方案更加效率化、节能化，同时也提高了乘客的乘梯满意度。

Description

多轿厢电梯优化调度设计方法
技术领域
本发明属于电梯调度控制方法领域，特别是涉及一种多轿厢电梯优化调度设计方法。
背景技术
高层建筑都需要配备电梯以满足正常的人员通行以及货物流通，电梯在满足用户的基本需求的同时，同时也向智能化、节能化、效率化等方向发展。电梯的调度控制优化方法是使电梯更加智能化、节能化、效率化的基本方法。
单轿厢电梯已经很难满足当前高层超高层建筑客流量大的使用需求，装配“一井道多轿厢”的电梯是目前国际上解决高层超高层建筑减少占地面积、提高垂直交通运输率、节约能源和减少建筑成本的一种最新方式。如附图1所示，一种让位式多轿厢循环电梯系统，该电梯系统工作原理为：采用两个竖向井道和两个水平井道，形成单向循环的电梯井道，在单向循环的电梯井道内可同时设置若干个轿厢，轿厢均沿着相同方向不断循环运动，所有的轿厢运行方向改变均通过轨道转向圆盘实现(水平运行方向变换为竖直运行方向、竖直运行方向变换为水平运行方向)。
随着多轿厢电梯系统的出现，多轿厢电梯的调度问题也成为电梯调度控制领域的热点话题。目前对单轿厢电梯的调度研究比较充分，但增加轿厢个数以后常规的单轿厢调度方法显然不适用。
面对上述问题，要想提高多轿厢电梯调度的效率性、节能性，提出一种更加有效的方法极为必要。
发明内容
单轿厢电梯的调度方法并不适用于多轿厢调度，本发明通过一种新的调度方法解决多轿厢电梯的调度，使电梯的调度更加具有效率性、节能性，同时提高乘客的乘梯满意度。
为了解决上述方法存在的问题，本发明提供了一种解决多轿厢电梯电梯调度问题的方法，即多轿厢电梯优化调度设计方法。该方法使电梯的运行效率更高，更加智能化，为乘客乘梯提高整体舒适度及减少等待时间。
本发明所采用的技术方案如下：
多轿厢电梯优化调度设计方法，将电梯调度任务模块化，划分为：数据采集模块、函数更新模块、模型建立模块、模型求解模块、决策模块、轿厢控制模块，包括以下步骤：
步骤1.生成任务，数据采集模块采集乘客、轿厢数据，包括人数、呼梯楼层、目的楼层、轿厢所在楼层，并将数据传送给其他模块；
步骤2.函数更新模块接收数据采集模块的数据，结合历史数据与现乘客、轿厢数据更新经验函数，将更新后的经验函数传送给模型建立模块；
步骤3.模型建立模块工作，建立电梯调度模型；
步骤4.模型求解模块接收数据采集模块的数据，求解步骤3中建立的电梯调度模型，并将求解结果传送给决策模块；
步骤5.决策模块接收模型求解模块生成的数据，生成调度指令，将指令传送给轿厢控制模块；
步骤6.轿厢控制模块接收步骤5中生成的调度指令完成调度指令。
进一步地，所述步骤3具体包括以下步骤：
步骤3.1建立候梯时间模型，候梯时间：乘客从发出呼梯指令到轿厢到达该楼层的时间，具体模型为：
其中：P表示对应于每个呼叫信号的人数；fa(i,k)表示轿厢k响应第i个呼梯信号的等待时间经验函数；n为呼梯信号总数量；m为轿厢总个数；
步骤3.2建立乘梯时间模型，乘梯时间：乘客进入轿厢到到达欲达楼层所经历的时间，具体模型为：
其中：P表示对应于每个呼叫信号的人数；fb(i,k)表示轿厢k响应第i个呼梯信号的乘梯时间经验函数；S表示轿厢运行过程中停靠的用时指标；fd(i,k)表示表示轿厢k响应第i个呼梯信号运行过程中停靠(开门、关门、乘降乘客)的停靠次数经验函数；
步骤3.3建立能量消耗模型，能量消耗：产生呼梯指令到完成指令所消耗的能量，具体模型为：
其中：fc(i,k)表示轿厢k响应第i个呼梯信号的运行状态，fc(i,k)＝0为低耗能状态，fc(i,k)＝1为高耗能状态(轿厢向上运行为高耗能，轿厢向下运行为低耗能)；Q表示运行耗能指标；R表示停靠耗能指标；
步骤3.4建立综合目标模型，调度的最优情况为：候梯时间、乘梯时间、能量消耗同时达到最小值，具体模型为：
F(x)＝min[F1(x) F2(x) F3(x)]T
其中：T为取转置符号。
进一步地，所述步骤4具体包括以下步骤：
步骤4.1给定一个初始参数β∈(0,1)，给定终止参量ε＞0，给定一个初始步长α0＝1，给定一个初始迭代点x0；
步骤4.2给定一个判断算法是否终止的条件，假设αk≤ε，则终止，得到符合目标函数的解xk；
步骤4.3求解同时下降的方向，计算非精确线性方程组：得到下降方向dk；其中：为向量函数F(xk)的雅克比矩阵；rk＝|F(xk)|；
步骤4.4利用下列非单调回溯技术计算步长αk：
其中：[FM(xk)]j＝max{[F(xk)]j,...,[F(xmax{k-M+1,0})]}，M是一个正整数，Fj(xk)表示F(xk)的第j个分量；
步骤4.5求解下一个迭代点：xk+1＝xk+αkdk；
步骤4.6令k＝k+1，返回步骤4.2，判断是否停止。
本发明的有益效果和优点是：
(1)将电梯调度过程模块化，采用电子信号传输的方式控制电梯调度，使调度方案更加效率化、节能化，同时也提高了乘客的乘梯满意度；
(2)函数更新模块实时更新经验函数，使调度更加智能化；
(3)数学模型的建立采用了与传统单轿厢电梯不同的数学模型，更好的揭示了电梯运行过程中的多个目标函数；
(4)模型求解过程中，未使用常用的加权法处理多目标优化问题，避免了加权法求解过程中的问题，即：权重系数细微的变化能够引起目标向量非常显著的变化；不同的权重系数发生显著变化，可能得到相似的解向量，使解的多样性差；权重集合的均匀分布一般不会产生一个均匀分布的最优解集；
(5)采用多目标同时下降的方法，减少了系统的计算量，加快系统的计算速度，提高了电梯调度系统的效率，减少了乘客的等待时间，降低了能源消耗。
附图说明
图1为多轿厢电梯结构示意图。
图2为本发明多轿厢电梯优化调度设计方法的流程图。
图中：1为竖向轨道背板、2为乘降避让水平轨道背板、3为轨道转向圆盘、4为竖向侧壁、5为避让水平井道分隔壁、6为竖向井道分隔壁、7为顶壁、8为底壁、9为竖向轨道、10为避让水平轨道、11为旋转轨道；12为转角竖向轨道；13为转角水平轨道；14为轿厢；15为升降换位水平轨道；16为竖向上升井道；17为竖向下降井道；18为避让水平井道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例
如图1所示，一种让位式多轿厢循环电梯系统，包括一个竖向上升井道16和一个竖向下降井道17左右竖直并列，二者中间由竖向井道分隔壁6隔开，但底层和顶层相互联通；在竖向上升井道16和竖向下降井道17的外侧，每层均分别设置与其相互垂直的避让水平井道18，避让水平井道18之间由避让水平井道分隔壁5分隔；竖向上升井道16、竖向下降井道17以及避让水平井道18内设置若干轿厢14；
在竖向上升井道16和竖向下降井道17的竖向轨道背板1上设置圆形的轨道转向圆盘3；轨道转向圆盘3对应在每个楼层的竖向上升井道16和竖向下降井道17的中部，在轨道转向圆盘3之间设置竖直的相互平行的竖向轨道9；
在两个顶部轨道转向圆盘3的上部分别有两根转角竖向轨道12，在两个底部的轨道转向圆盘3的下部分别有两根转角竖向轨道12；当轨道转向圆盘3上的旋转轨道11处于竖直时，竖向轨道9、转角竖向轨道12、旋转轨道11构成连续、竖直的轨道；
在顶层和底层的轨道转向圆盘3之间设置两根平行的升降换位水平轨道15，当旋转轨道11水平时，避让水平轨道10、旋转轨道11和升降换位水平轨道15构成连续、水平的轨道；
除在顶层和底层以外，其他所有层的轨道转向圆盘3的内侧均设置两根转角水平轨道13，当旋转轨道11水平时，每一侧的避让水平轨道10、旋转轨道11和转角水平轨道13构成连续、水平的轨道；
轿厢14在竖向轨道9上可上下运动，在避让水平轨道10水平运动；轿厢14在竖向上升井道16、竖向下降井道17内可顺时针或逆时针运动；当上升或下降的过程中有需求停靠，轿厢14进入到旋转轨道11后，旋转到水平位置并可进入到避让水平轨道10内进行乘降；
竖向轨道9、避让水平轨道10、旋转轨道11、转角竖向轨道12、转角水平轨道13和升降换位水平轨道15均为工字型钢，其中一面的工字型钢翼缘分别与竖向轨道背板1、乘降避让水平轨道背板2或轨道转向圆盘3连接；
旋转轨道11的两端均为圆弧的一部分，且与轨道转向圆盘3一致，当在竖直状态时，旋转轨道11分别与竖向轨道9和转角竖向轨道12的衔接处相契合；当在水平状态时，旋转轨道11分别与避让水平轨道10、转角水平轨道13和升降换位水平轨道15的衔接处相契合。
如图2所示，多轿厢电梯优化调度设计方法，将电梯调度任务模块化，划分为：数据采集模块、函数更新模块、模型建立模块、求解模型模块、决策模块、轿厢控制模块。各模块主要任务：数据采集模块：采集乘客、轿厢数据，包括人数、呼梯楼层、目的楼层、轿厢所在楼层；函数更新模块：结合历史数据与现乘客、轿厢数据更新经验函数；模型建立模块：建立数学模型；模型求解模块：求解数学模型；决策模块：生成调度指令；轿厢控制模块：完成调度指令。
多轿厢电梯优化调度设计方法的具体步骤如下：
步骤1.生成任务，数据采集模块采集乘客、轿厢数据，包括人数、呼梯楼层、目的楼层、轿厢所在楼层，并将数据传送给其他模块；
步骤2.函数更新模块接收数据采集模块的数据，结合历史数据与现乘客、轿厢数据更新经验函数，将更新后的经验函数传送给模型建立模块；
步骤3.模型建立模块工作，建立电梯调度模型；具体步骤包括：
步骤3.1建立候梯时间模型，候梯时间：乘客从发出呼梯指令到轿厢到达该楼层的时间，具体模型为：
其中：P表示对应于每个呼叫信号的人数；fa(i,k)表示轿厢k响应第i个呼梯信号的等待时间经验函数；n为呼梯信号总数量；m为轿厢总个数；
步骤3.2建立乘梯时间模型，乘梯时间：乘客进入轿厢到到达欲达楼层所经历的时间，具体模型为：
其中：P表示对应于每个呼叫信号的人数；fb(i,k)表示轿厢k响应第i个呼梯信号的乘梯时间经验函数；S表示轿厢运行过程中停靠的用时指标；fd(i,k)表示表示轿厢k响应第i个呼梯信号运行过程中停靠(开门、关门、乘降乘客)的停靠次数经验函数；
步骤3.3建立能量消耗模型，能量消耗：产生呼梯指令到完成指令所消耗的能量，具体模型为：
其中：fc(i,k)表示轿厢k响应第i个呼梯信号的运行状态，fc(i,k)＝0为低耗能状态，fc(i,k)＝1为高耗能状态(轿厢向上运行为高耗能，轿厢向下运行为低耗能)；Q表示运行耗能指标；R表示停靠耗能指标；
步骤3.4建立综合目标模型，调度的最优情况为：候梯时间、乘梯时间、能量消耗同时达到最小值，具体模型为：
F(x)＝min[F1(x) F2(x)F3(x)]T
其中：T为取转置符号；本模型为一个多目标优化问题，求解过程中，可能不存在所有目标均达到最小值的情况；
步骤4.模型求解模块接收数据采集模块的数据，求解步骤3中建立的电梯调度模型，并将求解结果传送给决策模块；本发明方法的求解思路：多个目标同时进行下降，若有一目标不能进行下降时，优化完成，得出最优解；求解方法包括以下步骤：
步骤4.1给定一个初始参数β∈(0,1)，给定终止参量ε＞0，给定一个初始步长α0＝1，给定一个初始迭代点x0(即从所有的情况中任意挑选一种作为初始迭代点)；
步骤4.2给定一个判断算法是否终止的条件，假设αk≤ε，则终止，得到符合目标函数的解xk；
步骤4.3求解同时下降的方向，计算下列非精确线性方程组，得到下降方向dk，方程组为：
其中：为向量函数F(xk)的雅克比矩阵(雅克比矩阵是一阶偏导数以一定方式排列成的矩阵)；rk＝|F(xk)|(可以近似理解为rk＝0)；
步骤4.4利用下列非单调回溯技术计算步长αk：
其中：[FM(xk)]j＝max{[F(xk)]j,...,[F(xmax{k-M+1,0})]}，M是一个正整数，Fj(xk)表示F(xk)的第j个分量；
步骤4.5求解下一个迭代点：xk+1＝xk+αkdk；
步骤4.6令k＝k+1，返回步骤4.2，判断是否停止；
步骤5.决策模块接收模型求解模块生成的数据，生成调度指令，将指令传送给轿厢控制系统；
步骤6.轿厢控制模块接收步骤5生成的调度指令完成调度指令。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.多轿厢电梯优化调度设计方法，将电梯调度任务模块化，划分为：数据采集模块、函数更新模块、模型建立模块、模型求解模块、决策模块、轿厢控制模块，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1.生成任务，数据采集模块采集乘客、轿厢数据，包括人数、呼梯楼层、目的楼层、轿厢所在楼层，并将数据传送给其他模块；
步骤2.函数更新模块接收数据采集模块的数据，结合历史数据与现乘客、轿厢数据更新经验函数，将更新后的经验函数传送给模型建立模块；
步骤3.模型建立模块工作，建立电梯调度模型；
步骤4.模型求解模块接收数据采集模块的数据，求解步骤3中建立的电梯调度模型，并将求解结果传送给决策模块；
步骤5.决策模块接收模型求解模块生成的数据，生成调度指令，将指令传送给轿厢控制模块；
步骤6.轿厢控制模块接收步骤5中生成的调度指令完成调度指令。
2.根据权利要求1所述的多轿厢电梯优化调度设计方法，其特征在于：所述步骤3具体包括以下步骤：
步骤3.1建立候梯时间模型，候梯时间：乘客从发出呼梯指令到轿厢到达该楼层的时间，具体模型为：
其中：P表示对应于每个呼叫信号的人数；fa(i,k)表示轿厢k响应第i个呼梯信号的等待时间经验函数；n为呼梯信号总数量；m为轿厢总个数；
步骤3.2建立乘梯时间模型，乘梯时间：乘客进入轿厢到到达欲达楼层所经历的时间，具体模型为：
其中：P表示对应于每个呼叫信号的人数；fb(i,k)表示轿厢k响应第i个呼梯信号的乘梯时间经验函数；S表示轿厢运行过程中停靠的用时指标；fd(i,k)表示表示轿厢k响应第i个呼梯信号运行过程中停靠的停靠次数经验函数；
步骤3.3建立能量消耗模型，能量消耗：产生呼梯指令到完成指令所消耗的能量，具体模型为：
其中：fc(i,k)表示轿厢k响应第i个呼梯信号的运行状态，fc(i,k)＝0为低耗能状态，fc(i,k)＝1为高耗能状态；Q表示运行耗能指标；R表示停靠耗能指标；
步骤3.4建立综合目标模型，调度的最优情况为：候梯时间、乘梯时间、能量消耗同时达到最小值，具体模型为：
F(x)＝min[F1(x) F2(x) F3(x)]T
其中：T为取转置符号。
3.根据权利要求1所述的多轿厢电梯优化调度设计方法，其特征在于：所述步骤4具体包括以下步骤：
步骤4.1给定一个初始参数β∈(0,1)，给定终止参量ε＞0，给定一个初始步长α0＝1，给定一个初始迭代点x0；
步骤4.2给定一个判断算法是否终止的条件，假设αk≤ε，则终止，得到符合目标函数的解xk；
步骤4.3求解同时下降的方向，计算非精确线性方程组：▽F(xk)d＝-|F(xk)|+rk，得到下降方向dk；其中：▽F(xk)为向量函数F(xk)的雅克比矩阵；rk＝|F(xk)|；
步骤4.4利用下列非单调回溯技术计算步长αk：
Fj(xk+αkdk)≤[FM(xk)]j+αkβ▽Fj(xk)dk
其中：[FM(xk)]j＝max{[F(xk)]j,...,[F(xmax{k-M+1,0})]}，M是一个正整数，Fj(xk)表示F(xk)的第j个分量；
步骤4.5求解下一个迭代点：xk+1＝xk+αkdk；
步骤4.6令k＝k+1，返回步骤4.2，判断是否停止。
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