JP2001519307A - エレベータ群の制御方法 - Google Patents

エレベータ群の制御方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、建物内のエレベータ群の制御方法に関する。エレベータ群は、複数のエレベータと、少なくとも加速度および速度についてのエレベータの力学モデルと、ドア制御およびエレベータカーの方向特性と、エレベータ群に呼びを入力するための複数の呼び登録装置と、エレベータ群制御の決定を行い、呼びをエレベータに割り付ける群制御手段を含む。この方法は、建物内の交通量と分布とを予測し、少なくとも1つのパラメータを使用した予測に基づいて将来の乗客の交通事象を生成し、割付けの決定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、請求項1の前提部分に記載されるエレベータ群の制御方法に関する
ものである。
【0002】 エレベータ群の制御に関する問題は、いくつかの方法により解決することがで
きる。従来、ホール呼びは、発見的方法により割り付けている。呼び割付け問題
を数学的に解く努力も時々、見られる。しかし、今までは、コンピュータやマイ
クロプロセッサの計算能力が不十分であった。
【0003】 古い欧米のリレー制御における基本的な呼び割付け方法は、集合制御である。
ホール呼びは一番近くにいるカーに送られる。方向を指定するホール呼び(昇り
および下り)の場合は、一番近くにいるカーを決定する際に、カーの走行方向も
考慮する。行先呼びは集合的な方法で、すなわちカーの走行方向に応じて処理さ
れる。カーの方向は、すべての行先呼びが処理されるまで変わらない。ホール呼
びは連続して、例えば0.5秒ごとに割り付けられ、ホール呼びは通常、ホール呼 びをした階に向けてカーが減速を開始する地点に再割り付けされる。
【0004】 多くの日本の制御方式[1]では、新しいホール呼びのみがカーに割り付けられ 、古いホール呼びに対する予約は変わらない。新しい呼びによる、予約された呼
びの増加は、コスト関数を計算するときに考慮される。新しいホール呼びを処理
するカーは、呼びが登録されるとただちに、信号で伝えられる。心理的な待ち時
間を短くするとともに、乗客は、到着するカーに備える時間がある。新しいホー
ル呼びの割付けに関する問題は、割付けを決定するときに、停止時間や将来の事
象を予想することが困難であるということである。例えば、停止時間を延ばすと
、呼び予約はもはや最適ではなくなる。
【0005】 この問題は、ACA(適応呼び割付け)制御[2, 3]とSchindler M10制御[4]により 解決する。将来の事象を予想するために、特別な行先呼びボタンを、ホール呼び
の代わりに用いる。乗客は、すでにホールで、行先階を文字盤で指示している。
その場合、カー内の行先呼びボタンは不要である。待っている乗客の数とその行
先が事前にわかるならば、停止時間をもっと良く評価することができる。停止と
行先呼びの数を最小にするために、同じ行先階の人々を同じカーに集める。カー
の平均周回時間は、より短くなり、その結果、サービスのレベルが改善される。
この制御の困難な点は、乗客が特別な呼びボタンの使用を知っていなければなら
ないということと、例えばピーク時には、込んでいるロビーで、行先階を文字盤
で指示することが困難であるということである。
【0006】 通常の呼びボタンを以下の制御のように使うならば、欧米式の群管理のように
ホール呼びを連続して割り付けることにより、誤った予約を避ける。別の可能性
としては、決定時にできるだけ適切に将来の事象を予測することである。
【0007】 存在するホール呼びをエレベータに割り付けるときに最適な経路を見つける方
法は1960年代から研究されてきた。存在するホール呼びをエレベータに割り付け
る組み合わせのすべてを計算するならば、コストが最小の組み合わせが、全体と
して最適なものであろう。問題は、経路の組み合わせの数が、ホール呼びの数と
ともに指数的に増えることである。したがって、純粋に探索する方法は、エレベ
ータと階床の数が適度な場合にのみ使うことができる。存在するホール呼びとエ
レベータのすべての組み合わせに対して探索を行うと、順序づけられていない経
路の組み合わせの数は、 nr=LK である。ここで、1グループ内のエレベータ数がL、ホール呼びの数がKである
。ホール呼びと、そのホール呼びの、異なるカーへの割付けとが決定木を形成す
る。ホール呼びの各々に対して、各エレベータがその呼びを処理したときのコス
トを計算する必要がある。決定のコストは、他のホール呼びに対してなされた、
それ以前の決定に依存する。コスト関数の全体としての最適量は、その決定木に
おけるすべての決定の組み合わせ、すなわちすべてのエレベータの経路を計算す
ることに得られる。コストが最小の経路が、存在するホール呼びをエレベータに
割り付ける最適な方法を決定する。
【0008】 ホール呼びを連続的に割り付けるとき、割付けのサイクルは通常、0.5秒より 短い。インテルペンティアムプロセッサを用いて、エレベータ群のすべての経路
の組合せを探索するテストを行った。0.5秒以内に3台のエレベータと10個のホ ール呼びに対する最適経路を発見し、6台のカーと6個のホール呼びに対しても
発見した。これらは、それぞれ、サービス階が6個と3個である建物に対応する
。8台のカーからなる群を有する建物では、昇りの呼びと下りの呼びのすべてを
考慮すると、約60のホール呼びが可能である。可能な経路の組合せの総数は、6.
2*1057より大きい。結論として、現在のプロセッサの能力を利用して、すべての
経路の組合せを探索して全体として最適なものを妥当な時間内に見つけることは
、群内のエレベータが2,3台である低い建物に対してのみ可能である。
【0009】 計算時間を向上させるためには、計算する経路の数をかなり減らさなければな
らない。可能な経路の数を限定する方法であって、乗客のサービスに関する通常
の方法として以下がある。
【0010】 1) カー呼びに対しては常に、エレベータの走行方向に順番に処理する、すな
わち、エレベータは、乗客の行先階床を無視しない。
【0011】 2) エレベータは、その方向を、カー内の乗客のすべてを処理するまで、反転
させない。
【0012】 3) エレベータは、カーの走行と逆方向のカー呼びを受け付けない、すなわち
、乗客は、反対方向に走行するカーに乗るべきではない。
【0013】 4) カーは通常、乗客がカーに乗りたい、もしくはカーから降りたい場合のみ
、階床に止まろうとする。例外があり、例えば、通行量が少ないときにカーが、
特別な階床にしばらく停止するときである。
【0014】 エレベータ群内の通行量の状況を正確に予想するという需要に応えるとともに
、エレベータ群の能力を改善するために、エレベータ群を制御する新たな方法を
、発明として提供する。本発明の方法は、請求項1の特徴部に記載されているも
のによって特徴づけられる。本発明の他の特徴は、他の請求項に記載されている
ものによって特徴づけられる。
【0015】 本発明によって得られる利点は明らかである。予想がさらに正確になることに
より、エレベータ群内におけるカーの割付けの決定に対して良い基準を与える。
この利点には少なくとも、エレベータ群の輸送能力を増やすこと、乗客の平均待
ち時間が低下すること、カーの経路を迅速に探索すること、および計算能力に対
する妥当な要求が含まれる。
【0016】 従来の制御に対する不満をのぞくために、DACA(Dynamically Adaptive Call A
llocation)アルゴリズムが開発された(刊行物IV)。DACAアルゴリズムはACAの拡
張と考えられる。新しいホール呼びの登録は、ACAアルゴリズムと同様に決定の 契機として選ばれていた。新しいホール呼びの登録が割付けプロセスを始めさせ
る。存在するホール呼びは順番に各カーに割り付け、ホール呼びを与える同じ乗
客通行量を、ホール呼びを処理した後の数分間についてシミュレートする。選択
すべき決定の数を減らすためにACAアルゴリズムを、将来のホール呼びを割り付 けるときに使用する。しかし、他の任意の呼び割付けアルゴリズムも適用するこ
とができる。存在するホール呼びは、積算コストが最小のカーに予約する。ACA アルゴリズムよりも信頼できる結果が得られる。なぜならば、存在するホール呼
びを伴う現在の状況ばかりでなく、現在の呼び割付けに対する将来の事象の影響
も考慮するからである。DACAアルゴリズムにおいては、エレベータは、ホール呼
びがあるときのみ移動する。
【0017】 以下、本発明を、添付図面を参照して適用例によって説明する。
【0018】 エレベータ群を制御するときの最もありふれたコスト関数は、平均ホール呼び
時間である。呼び時間は実際に計測することができる。したがって、最適化の結
果を確認することが容易である。ホール呼び時間を計算するための一般的な式は
【0019】
【数1】 であり、ここで、呼びがすでにtC k0秒にあり、新しいホール呼びkとカーlとの
距離はxk-xl階、階床の平均高さはδx、カーlの速度はvl、Qljはカーlが停止 する場所を示す状態ベクトル、tljはカーlが階床jに停止しているときの経過 時間である。
【0020】 最新の制御装置によれば、平均乗客待ち時間、最大待ち時間、カー乗車時間、
待ち時間とカー乗車時間からなる工程時間、停止回数、カー負荷率、もしくは輸
送能力などの他の特性は、最適化可能である。建物に最適なコスト関数の選択は
単純ではない。なぜならば、1つの特性に好都合に働くとき、他の特性があおり
を受けるからである。例えば、カー負荷のバランスが取れている場合は、平均呼
び時間および待ち時間は長くなる。また、新しい呼びのみを割り付ける場合は、
負荷のバランスがあおりを受ける。コスト関数の増加のみを最適化すると、乗客
は同じカーに集まる傾向がある。以下では、平均呼び時間を最適化する。しかし
、コスト関数は、上述のいずれも可能である。
【0021】 定常状態では、すべてのカーとすべてのホール呼びに対してすべての経路の組
合せを調べることにより最適な割付けを決定することができる。コスト関数が最
小の組合せを選択する。グループ内のカーの数がlのとき、1つのホール呼びに
対してl個の経路の組合せがある。すなわち、その呼びは順番にカーの各々に割
り付ける。呼び時間が最適化されたとき、その呼びを最も早く処理するカーにそ
のホール呼びを予約する。N個のホール呼びがあるとき、経路の組合せの数は、
図1に示すように、
【0022】
【数2】 (l)N (2) である。本図において四角は事象(ホール呼び)を示し、円は決定点を示す。1
つの経路に対する計算時間がtcostの場合、最良の経路を見つけるための計算時 間は(l)Ntcostである。経路の数が指数的に増えるため、カーが3台より多く階 床が6階より大きい建物について、すべての経路を連続的に調べることは現実的
ではない。計算時に、経路に対する以下の制約を考慮すべきである。 (A) すべての行先呼びを、方向を反転させる前に処理する。 (B) 行先呼びは集合的に処理する。 (C) カーの能力は限定されている。
【0023】 この制約は結果の最適性に影響する。しかし、それにも関わらず、経路の組合
せの減らすことが必要である。最適経路探索(OR)アルゴリズム[5]は、ベルマン の最適性の原理[6]を用いて経路の組合せの数を減らしている。最適化は最後の 呼びNから始める(図1を参照)。この呼びは、一番低いカーの位置よりも下に
あるホール呼びである。カーの一周旅行は、反時計回りに最初の昇り呼びから始
まり、カーは、カーの可能な範囲で一番低い位置にいる。この一周旅行は、一番
低い位置にある下り呼び階床よりも下の位置で終わる。ホール呼びは時計回りに
階床Nから割り付ける。最初に呼びNに対する最良のカーが選択され、次に、呼
びN-1に対して割り付ける。呼びNの登録は、呼びN-1の割付け中は変えない。し
かし、呼びN-1の呼びNに対する影響は、コスト関数を計算する際に考慮される 。同様にすべてのホール呼びが調べられる。このアルゴリズムでは計算すべき経
路の最大数はlNまで減る。その結果、このアルゴリズムは、最新の40486プロセ ッサを用いると、充分にリアルタイムで(1秒間に2回)実行することができる
。ベルマンの最適性の原理に従えば、すべてのサブルーチンが最適であれば、こ
の解は最適である。しかし、ORアルゴリズムは、局所的に最適な量にのみ達する
ことがときどきある。なぜならば、経路の最後の呼び時間が、経路上の後半のホ
ール呼びの割り付け中に変化するからである。
【0024】 定常状態解の代わりに、呼び割付け中に動的状態を考慮することができる。ホ
ール呼び予約後の事象は、エレベータシステムの力学、乗客の通行量、およびそ
の後の群制御の決定に依存する。将来の事象は、割付けの決定をする前にシミュ
レートすることができる。加速度や速度などのエレベータの力学、ドア制御、お
よびカーの方向はモデル化する。将来の乗客の通行量はわからない。しかし、測
定した乗客の通行の流れに従って、建物内の通行量と分布を予測することは可能
である。将来の乗客の通行量は、到着する乗客のポアソン分布を使用した統計的
な予測に基づいて生成する。
【0025】 決定の契機ための事象はエレベータの状態に従わせることができる。例えば、
カーが使用されなくなったとき、カーは出発する用意ができているか、またはカ
ーは減速を始める[7]。各決定点においては、いくつかの選択すべき決定がある 、すなわち、カーは階床を無視する、カーは階床に、上に向かう途中で停止する
、カーは階床に、下に向かう途中で停止する、もしくは、カーは階床に、方向を
決めずに停止するなどである。すべての選択すべき決定は、将来の事象をシミュ
レートすることにより調べられ、各決定に対する平均コストを計算する。
【0026】 同様に、新しいホール呼びの登録は決定の契機とすることができる。カーに対
して選択すべき決定は、ホール呼びを予約するかどうかである。決定を確実なも
のにするために、将来の乗客の通行量とホール呼びをシミュレートする。N個の
呼びが、将来の事象のシミュレーション時に生成されたならば、将来の呼びに対
する経路の組合せの数は、再び(l)Nとなる。そしてすべての呼びが群内のすべて
のエレベータに割り付けられる。最適な経路の選択は、計算時間のために不可能
である。すべての経路の組合せを計算するのに代わって、固定された制御政策を
使用して将来の事象に対するコストを計算する。将来のシミュレーションにおい
て新しい呼びのみを割り付けるならば、計算すべき経路の数はlNにまで減る。も
っと信頼できる結果を得るためには、選択すべき決定の各々に対していくつかの
シミュレーションを行い、決定の各々に対して平均コストを計算する。シミュレ
ーションにおける繰り返しの数がmであるならば、経路の数はmlNである。1つ の経路についての計算時間がtcostであるならば、新しいホール呼びの割り付け には、mlNtcost秒を要する。
【0027】 新しいアルゴリズムである動的ACA(DACA)を開発した。このアルゴリズムにお いては、新しいホール呼びは決定のための事象である。行先ホール呼びボタンを
使用しないで、測定された乗客の通行の流れに従って将来の事象をシミュレート
する。新しい呼びは、現在のコスト関数の値の増加を最小にするカーに割り付け
られる。シミュレートされた乗客の行先は知られているため、将来の呼びに対し
て、ACA原理は、固定された制御政策として使用する。
【0028】 エレベータシステムの状態の進展はxiによって記述される。xiは、カーの各々
についての位置、速度、方向、行先呼びを含む。システムの状態は制御Uによっ
て影響を受ける。Uは、状態Xのみならず、ステージNにも依存する。待ち行列
{(X,U,T)}はセミマルコフ決定過程と呼ばれる。決定の間の間隔tiは一定ではな く、新しい事象が起こった時刻に依存する。平均間隔Tとコスト関数Cは、シス
テムの状態xnと制御の決定un
【0029】
【数3】 に依存する。
【0030】 平均呼び時間が最適化されると、コスト関数は、
【0031】
【数4】 と書ける。
【0032】 固定された制御政策では、ステージNでのコストは、ステージNの直接のコス
トとステージN-1のコストとの和を取ることにより得られる。次の帰納方程式が 書ける。
【0033】
【数5】 最適なコストのための帰納方程式は、
【0034】
【数6】 と書ける。この式は、動的計画法[6]の基本方程式である。ステージ0のコストJ 0 u は0である。ステージN=1では、1個のホール呼びがオンであり、最適方程
式は、
【0035】
【数7】 と書ける。
【0036】 このホール呼びは、平均呼び時間を最小にするカーに予約される。ステージN
=2では別のホール呼びが登録される。この2つの呼びに対する最適な割付けは
、このとき、
【0037】
【数8】 と書くことができる。
【0038】 帰納法により方程式(6)は証明される。各ステージNにおける制御の決定が新 しい呼び事象によって引き起こされるならば、将来の事象をシミュレートして、
当該呼びを、平均コストを最小にするカーに割り付けることにより、そのステー
ジにおける最適な結果が得られる。方程式(6)に従えば、全体的な結果も最適で ある。
【0039】 集合制御アルゴリズム、最適経路探索(OR)アルゴリズム、および動的ACA(DACA
)アルゴリズムの振る舞いは、ALTSシミュレータ[8]を用いて調べられた。シミュ
レーションにおいて用いられたパラメータを表1に示す。事務所用建物で、出て
いく乗客および混合した乗客の通行量は、入る交通量が40%、出ていく交通量が4
0%、階床間の交通量が20%としてシミュレーションを行った。
【0040】
【表1】 DACAアルゴリズムでは、将来の乗客の通行量は20秒間分を生成し、各決定に対
するシミュレーション時間は50秒であった。選択すべき各決定に対して5回シミ
ュレーションを行った。集合制御、最適経路選択(OR)、動的ACA(DACA)に対する 平均呼び時間を図2,3に示す。これらの図において、乗客の通行量の100%は、エ レベータ群の昇りピーク処理能力に相当する。これらの結果から、定常状態に対
する経路探索アルゴリズムは集合制御結果を改善しているが、将来をシミュレー
ションすることによりさらによい結果が得られることがわかる。
【0041】 ここで、静的および動的呼び割付けプログラムの効果を調べる。定常状態割付
けに対する最適経路探索(OR)アルゴリズムが導入された。そして、将来のシミュ
レーションを行う動的状態のためのプログラム(DACA)が導入された。新しい呼び
の登録は、制御の決定を引き起こす事象として選択された。DACAによって、定常
状態アルゴリズム(OR)よりも良い結果が得られた。それにも関わらず、最適経路
探索アルゴリズムは、従来の集合制御よりも優れており、大きく改善する。
【0042】 新しい呼びの登録のみが、呼び登録の決定の契機として選ばれるならば、動的
状態が変わるため、誤った登録が行われるかもしれない。他方、事象がエレベー
タの状態にのみ束縛されるならば、呼びがなくてもカーは不要な出発をすること
ができる。いずれの場合でも、シミュレーションの数が容易に大きくなりすぎる
ため、計算時間が問題である。
【0043】 最適な決定を見いだす最良の方法は、これらの事象タイプの両方、すなわち、
新しい呼びの登録とカーの状態を考慮することであろう。こうすれば、呼びが、
必要なときに何回も割り付けられるであろう。事象の数を減らすためには、一番
重要な事象のみを選んでも良い。新しいホール呼びをカーに割り付け、特別なカ
ー状態が起きたら、後で再割り付けするだろう。
【0044】 本発明のさまざまな実施例は上述の例に限られるものではなく、それどころで
はなく本発明のさまざまな実施例は、以下の特許請求の範囲内で変えても良いこ
とは、当業者には明らかである。 参考文献 1. Tobita,T., Fujino, A., Inaba H., Yoneda K., Ueshima T., An Elevator C
haracterized Group Supervisory Control System, Proceedings IECON '91, 第
3巻, 1991, 第1972頁〜第1976頁. 2. Barney, G.C., dos Santos, S. M., Elevator Traffic Analysis, Design an
d Control, Peter Peregrinus Ltd., UK, 1985, 第386頁. 3. Closs, G.D., The Computer Control of Passenger Traffic in Large Lift
Systems, Ph.D. Thesis, University of Manchester, 1970, 第106頁. 4. Schr▲o▼der, J., Advanced Dispatching - Destination Hall Calls + Ins
tant Car-to-Call Assignment: M1O, Lift Report, 2, 1990, 第11頁. 5. Siikonen, M-L., Computer Modelling of Elevator Traffic and Control, H
elsinki University of Technology, Licentiate Thesis (in Finnish), 1989,
第75頁. 6. Kirk, D.E., Optimal Control Theory. Prentice-Hall Inc., 1970, 第452頁
. 7. Virtamo, J., Aalto S., Procedure for Controlling an Elevator Group, K
one, Co., Patent pending. 8. Siikonen, M-L., Simulation - a Tool for Enhanced Elevator Bank Design
, Elevator World, April, 1991, 第30頁〜第37頁.
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、カー割付けのための決定木を示す。
【図2】 図2は、出発する通行量についての平均呼び時間を示す。
【図3】 混合通行量についての平均呼び時間を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GE,GH,GM,HR ,HU,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP, KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,L V,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI, SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,U S,UZ,VN,YU,ZW

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エレベータ群が、 複数のエレベータと、 少なくとも加速度および速度についてのエレベータの力学モデルと、ドア制御
    およびエレベータカーの方向特性と、 前記エレベータ群に呼びを入力するための複数の呼び登録装置と、 群制御の決定を行い、前記呼びを前記エレベータに割り付ける群制御手段とを
    含む建物内の前記エレベータ群の制御方法において、該方法は、 前記建物内の交通量と分布とを予測し、 少なくとも1つのパラメータを使用した前記予測に基づいて将来の乗客の交通
    事象を生成し、 割付けの決定を行うことを特徴とするエレベータ群の制御方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の制御方法において、到着する乗客についてポ
    アソン分布を用いた統計的予測に基づいて将来の乗客の事象を生成することを特
    徴とするエレベータ群の制御方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の制御方法において、決定時の事象はエレベー
    タの状態に従うことを特徴とするエレベータ群の制御方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の制御方法において、生成される将来の乗客の
    交通事象は、実際の事象および/またはシミュレートされた事象に基づくことを
    特徴とするエレベータ群の制御方法。
  5. 【請求項5】 複数のエレベータと、少なくとも加速度および速度について
    のエレベータの力学モデルと、ドア制御およびエレベータカーの方向特性と、エ
    レベータ群に呼びを入力するための複数の呼び登録装置とを含むエレベータ群に
    おいて、エレベータ群制御の決定を処理して、呼びを該エレベータ群内のエレベ
    ータに割り付ける装置において、該装置は、 前記建物内の交通量と分布とを予測する手段と、 少なくとも1つのパラメータを使用した前記予測に基づいて将来の乗客の交通
    事象を生成する手段と、 割付けの決定を行う手段とを含むことを特徴とする装置。
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