智能控制在电梯乘坐舒适性方面的研究和应用

王永科，张银娟*

（1.许昌电气职业学院，河南许昌 461000；2.许昌学院电气工程学院，河南许昌 461000）

0 引言

目前，我国已进入城镇化快速发展阶段，高层建筑纷纷拔地而起，电梯已成为千家万户日常使用频率较高的工具，特别是高层建筑电梯，其运行安全可靠和舒适性成为大众日益关系的话题，电梯乘坐舒适性已经是电梯生产商和销售商的一大卖点，甚至已经影响到人身安全［1-4］。因此，从面向系统优化的先进控制算法出发，将智能控制引入电梯乘坐舒适性方面，利用神经网络自校正学习能力强的特性，对电梯驱动系统这样复杂的过程和系统参数进行有效控制，实现不降低电梯乘坐舒适性的同时，保证电梯最大限度地运行在稳定状态，具有重要的工程和经济意义。

1 单神经元自适应PID控制

单神经元PID控制结构简单且计算方便，突破传统的PID控制依靠精确模型和不易在线参数调整，实现在线调节系统指标参数，达到对时变性、非线性、强耦合的电梯曳引系统的过程和参数进行有效控制。

单神经元自适应 PID控制结构如图1所示，r（k）和y（k）为系统输入和输出，加权系数的调整采用有监督Hebb学习规则，对PID控制的比例、积分和微分环节分别采用不同的学习速度ηP、ηI和ηD，通过对加权系数的在线调整，表现出自适应和自学习强的特点，实现PID控制的收敛性和鲁棒性效果［5-6］。单神经元自适应PID控制算法如式（1）：

图1 单神经元自适应PID控制结构

ηP、ηI、ηD——比例、积分、微分的学习速率；K为神经元比例系数，K>0，对于电梯曳引系统这样复杂的系统，如果要保证系统的稳定性，K值不能太大。

2 电梯曳引控制系统研究

电梯乘坐舒适性的基本目标是改善电梯启动和制动的速度及加速度，提高电梯运动的稳定性，采用优化控制算法，引入先进的控制策略，以期通过对电梯曳引驱动系统参数和过程系统优化，实现电梯曳引驱动系统输出有较强的抗干扰和稳定性，达到理想的轿厢运行抛物线—直线相结合的速度曲线，保证电梯最大限度地运行在稳定的状态。

试验分别采用单神经元自适应PID控制算法和普通PID控制算法对电梯曳引驱动进行在线控制，以期通过对比分析，表征对电梯曳引驱动控制算法的优化。采用正常运行速度为2.5m/s的4层SX-701型电梯模型，设定采样周期为0.01s，K=0.05，ηP=100，ηI=200，ηD=20，初始加权的系数为ω1（0）=0.9，ω2（0）=0.8，ω3（0）=0.7，仿真结果如图2所示。

从图2可以看出，在电梯启动和制动阶段，由于曳引电机低转速运行，传统的PID控制系统速度输出爬行的现象比较严重，单神经元自适应PID控制得到系统输出速度曲线平滑，爬行现象得到显著改善，表现出较好的自校正和抗干扰的能力；当电梯匀速运行时，单神经元自适应PID控制得到系统输出速度较为稳定，波动较小，保持了较好的稳定精度。单神经元自适应PID控制比普通PID控制在速度响应、匀速和速度平滑性方面有较强的优势，电梯曳引驱动系统速度输出较好跟踪抛物线—直线相结合的速度曲线。

图2 系统输出速度曲线

3 总结与展望

单神经元自适应PID控制算法以其结构简单、计算简便和自学习适应能力强的特点广泛应用于实际生产生活。单神经元自适应PID控制对电梯曳引驱动系统在线实现自整定系数调整，得到较理想的控制参数，使得系统输出参数较好地趋近理想，在电梯加速、匀速和制动阶段具有较好的自适应和抗干扰能力，较好地改善电梯曳引驱动系统的输出品质，提高轿厢乘坐的舒适性。

［1］黄春蓉.关于电梯能耗评价的探讨［J］.黑龙江科技信息，2009（25）.

［2］金建峰.曳引式电梯的能耗建模及节能研究［D］.上海：上海交通大学，2009.

［3］诸小鹏.电梯曳引系统控制及节能技术的应用研究［D］.南京：中国人民解放军理工大学，2005.

［4］朱铨流.关于电梯曳引条件计算方法的讨论［J］.电梯工业，2004（4）.

［5］刘金琨.先进PID控制Matlab仿真［M］.2版.北京：电子工业出版社，2004.

［6］许力.智能控制与智能系统［M］.北京：机械工业出版社，2007.