智能控制在電梯乘坐舒適性方面的研究和應(yīng)用

王永科，張銀娟*

（1.許昌電氣職業(yè)學(xué)院，河南許昌 461000；2.許昌學(xué)院電氣工程學(xué)院，河南許昌 461000）

0 引言

目前，我國(guó)已進(jìn)入城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段，高層建筑紛紛拔地而起，電梯已成為千家萬(wàn)戶(hù)日常使用頻率較高的工具，特別是高層建筑電梯，其運(yùn)行安全可靠和舒適性成為大眾日益關(guān)系的話題，電梯乘坐舒適性已經(jīng)是電梯生產(chǎn)商和銷(xiāo)售商的一大賣(mài)點(diǎn)，甚至已經(jīng)影響到人身安全［1-4］。因此，從面向系統(tǒng)優(yōu)化的先進(jìn)控制算法出發(fā)，將智能控制引入電梯乘坐舒適性方面，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的特性，對(duì)電梯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)這樣復(fù)雜的過(guò)程和系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行有效控制，實(shí)現(xiàn)不降低電梯乘坐舒適性的同時(shí)，保證電梯最大限度地運(yùn)行在穩(wěn)定狀態(tài)，具有重要的工程和經(jīng)濟(jì)意義。

1 單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制

單神經(jīng)元PID控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且計(jì)算方便，突破傳統(tǒng)的PID控制依靠精確模型和不易在線參數(shù)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)在線調(diào)節(jié)系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)，達(dá)到對(duì)時(shí)變性、非線性、強(qiáng)耦合的電梯曳引系統(tǒng)的過(guò)程和參數(shù)進(jìn)行有效控制。

單神經(jīng)元自適應(yīng) PID控制結(jié)構(gòu)如圖1所示，r（k）和y（k）為系統(tǒng)輸入和輸出，加權(quán)系數(shù)的調(diào)整采用有監(jiān)督Hebb學(xué)習(xí)規(guī)則，對(duì)PID控制的比例、積分和微分環(huán)節(jié)分別采用不同的學(xué)習(xí)速度ηP、ηI和ηD，通過(guò)對(duì)加權(quán)系數(shù)的在線調(diào)整，表現(xiàn)出自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)強(qiáng)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)PID控制的收斂性和魯棒性效果［5-6］。單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制算法如式（1）：

圖1 單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制結(jié)構(gòu)

ηP、ηI、ηD——比例、積分、微分的學(xué)習(xí)速率；K為神經(jīng)元比例系數(shù)，K>0，對(duì)于電梯曳引系統(tǒng)這樣復(fù)雜的系統(tǒng)，如果要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，K值不能太大。

2 電梯曳引控制系統(tǒng)研究

電梯乘坐舒適性的基本目標(biāo)是改善電梯啟動(dòng)和制動(dòng)的速度及加速度，提高電梯運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，采用優(yōu)化控制算法，引入先進(jìn)的控制策略，以期通過(guò)對(duì)電梯曳引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)和過(guò)程系統(tǒng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)電梯曳引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出有較強(qiáng)的抗干擾和穩(wěn)定性，達(dá)到理想的轎廂運(yùn)行拋物線—直線相結(jié)合的速度曲線，保證電梯最大限度地運(yùn)行在穩(wěn)定的狀態(tài)。

試驗(yàn)分別采用單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制算法和普通PID控制算法對(duì)電梯曳引驅(qū)動(dòng)進(jìn)行在線控制，以期通過(guò)對(duì)比分析，表征對(duì)電梯曳引驅(qū)動(dòng)控制算法的優(yōu)化。采用正常運(yùn)行速度為2.5m/s的4層SX-701型電梯模型，設(shè)定采樣周期為0.01s，K=0.05，ηP=100，ηI=200，ηD=20，初始加權(quán)的系數(shù)為ω1（0）=0.9，ω2（0）=0.8，ω3（0）=0.7，仿真結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，在電梯啟動(dòng)和制動(dòng)階段，由于曳引電機(jī)低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)速度輸出爬行的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制得到系統(tǒng)輸出速度曲線平滑，爬行現(xiàn)象得到顯著改善，表現(xiàn)出較好的自校正和抗干擾的能力；當(dāng)電梯勻速運(yùn)行時(shí)，單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制得到系統(tǒng)輸出速度較為穩(wěn)定，波動(dòng)較小，保持了較好的穩(wěn)定精度。單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制比普通PID控制在速度響應(yīng)、勻速和速度平滑性方面有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，電梯曳引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)速度輸出較好跟蹤拋物線—直線相結(jié)合的速度曲線。

圖2 系統(tǒng)輸出速度曲線

3 總結(jié)與展望

單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制算法以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算簡(jiǎn)便和自學(xué)習(xí)適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)生活。單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制對(duì)電梯曳引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在線實(shí)現(xiàn)自整定系數(shù)調(diào)整，得到較理想的控制參數(shù)，使得系統(tǒng)輸出參數(shù)較好地趨近理想，在電梯加速、勻速和制動(dòng)階段具有較好的自適應(yīng)和抗干擾能力，較好地改善電梯曳引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出品質(zhì)，提高轎廂乘坐的舒適性。

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