蟻群算法在電梯監(jiān)控系統(tǒng)中的應用研究

沈陽建筑大學信息與控制工程學院 田朝霞 張 穎 潘翔宇 李俊達

1.引言

電梯故障檢測環(huán)節(jié)繁瑣、耗時，電梯監(jiān)控系統(tǒng)的使用大大減少了人力資源的消耗，為電梯的檢修和控制提供了較為直觀、準確的數(shù)據(jù)，為電梯的安全穩(wěn)定運行提供了更為便利的條件。本文以蟻群算法為基礎，以六層六站電梯監(jiān)控系統(tǒng)仿真模型為測試對象，監(jiān)測電梯實際運行情況，建立基于蟻群算法的PLC電梯故障監(jiān)控系統(tǒng)模型，以期提高電梯故障的檢測效率及準確率。

2.基于蟻群算法的電梯故障監(jiān)控模型

2.1 模型的實現(xiàn)及物理意義

將電梯故障測試集T類比為蟻群算法中的城市集合，測試矢量ti是其中的元素，將故障作為食物，以故障為目標，則電梯故障檢測問題即可轉化為蟻群如何通過最少的測試矢量檢測出故障點。本文以電梯各信號輸入點作為測試矢量ti，并將由其故障狀態(tài)構成的集合作為已知的故障檢測集。在此模型中，不同測試集中的各矢量關聯(lián)程度要小于同一測試集中各矢量的關聯(lián)度。

設 ti與 tj的自啟發(fā)量為：

其中，F(xiàn)是電路的故障集合；

fa是故障a的故障檢測集；

p( fa)為故障a出現(xiàn)的概率。

假設電梯的故障集合F中測試矢量總數(shù)為m，則精英螞蟻數(shù)為σ= m / 10。

第K個螞蟻從測試矢量 ti到 tj的概率為：

t+1時刻測試矢量 ti到 tj的信息素為：

(t)表示此次循環(huán)中從測試矢量 ti到 tj的信息素增量；

(t)是此次循環(huán)中極優(yōu)路徑的額外信息素增量；

在本監(jiān)控故障模型中，一次循環(huán)后第K只螞蟻所經過的路徑長度為：

Tk是第K只螞蟻在本次循環(huán)中所經過的測試矢量集合；

由公式（1）可看出，若故障點ti，tj多次同時在同一故障檢測集中出現(xiàn)，則二者之間的關聯(lián)程度就越強，所以當?shù)谝淮芜x擇了 ti后，第二次選擇 tj的可能性就增大，這樣就對故障監(jiān)測的時間和路徑長度進行了優(yōu)化。

2.2 基于蟻群算法的電梯故障檢測步驟

（1）參數(shù)初始化。設初始時間 t = 0，循環(huán)次數(shù) Nc= 0，并設定其最大值為 Ncmax，將m個螞蟻分別放到 n 個測試矢量上，將每兩個測試矢量間的信息素設置為 τmax；

（2）循環(huán)次數(shù)Nc=Nc+ 1 ；

（3）設故障總數(shù)為n，初始化故障序號a = 1；

（4）螞蟻數(shù)目初始化 k = 0；

（5）螞蟻數(shù) k = k +1；

（6）螞蟻k要通過遍歷找出故障a，根據(jù)概率轉移公式（3）選擇下一個待檢測的矢量 tj；

（7）將螞蟻k移動到 tj，并將 tj記錄到螞蟻k的檢索表中，同時更改檢索表指針，使其指向下一待測矢量；

（8）判斷故障a對應的故障檢測集中的測試矢量是否全部包含在螞蟻k的檢索表中，若已全部包含，則順序執(zhí)行；若未全部包含，則跳轉到（6）；

（9）若k ＞ m則順序執(zhí)行；若k ≤ m則跳轉到（5）；

（10）根據(jù)公式（4）更新每兩個測試矢量間的信息素；

（11）若故障集已遍歷完，則順序執(zhí)行；若未完全遍歷，則令a = a + 1，選擇下一故障為目標，并跳轉到（4）；

（12）判斷循環(huán)次數(shù)Nc≥ Ncmax是否成立，若成立，則循環(huán)結束并輸出結果；若不成立，則清空每只螞蟻的檢索表，跳轉到（2）繼續(xù)循環(huán)。

3.電梯監(jiān)控系統(tǒng)的仿真實驗

本文以由4個電梯信號輸入點構成的故障檢測集進行仿真實驗，設定參數(shù)之后，根據(jù)計算結果來判斷采用蟻群算法進行電梯故障監(jiān)控的效果。故障集F如表1所示。

表1 電梯故障集F

故障與其對應的故障診斷集關系見表2。

表2 故障診斷集

其中，表中0表示低電平，1表示高電平。

根據(jù)故障集和故障診斷集，按照故障檢測步驟對測試矢量進行計算，得出各矢量之間的關聯(lián)度。設置參數(shù)：迭代次數(shù)Ncmax= 200。經過計算，確定出基于蟻群算法的電梯單故障檢測的平均可靠性為97.73%。并且，可以得出結論：改進后的蟻群算法可以使電梯單故障診斷的測試矢量路徑趨近于最優(yōu)路徑，從而提高故障檢測效率。

4.結束語

在電梯的故障檢測中應用了改進后的蟻群算法，以通過搜索最少的測試矢量來檢測到電梯故障為目的，研究蟻群搜索最優(yōu)解的具體過程，建立以電梯信號輸入點為測試矢量的故障集，確定各矢量之間的關聯(lián)程度，在進行了仿真實驗后，得出了檢測故障的最優(yōu)路徑和可靠度。仿真實驗表明，應用蟻群利用測試矢量間的關聯(lián)度減少了矢量的檢測，從而降低了檢測程序的長度，同時也提高了檢測的效率，為電梯的故障監(jiān)控提供了較好的參考模型。

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