蟻群算法在電梯監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

沈陽(yáng)建筑大學(xué)信息與控制工程學(xué)院 田朝霞 張 穎 潘翔宇 李俊達(dá)

1.引言

電梯故障檢測(cè)環(huán)節(jié)繁瑣、耗時(shí)，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(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為電梯的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了更為便利的條件。本文以蟻群算法為基礎(chǔ)，以六層六站電梯監(jiān)控系統(tǒng)仿真模型為測(cè)試對(duì)象，監(jiān)測(cè)電梯實(shí)際運(yùn)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(cè)效率及準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)及物理意義

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

設(shè) 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(cè)集；

p( fa)為故障a出現(xiàn)的概率。

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

第K個(gè)螞蟻從測(cè)試矢量 ti到 tj的概率為：

t+1時(shí)刻測(cè)試矢量 ti到 tj的信息素為：

(t)表示此次循環(huán)中從測(cè)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(jīng)過(guò)的路徑長(zhǎng)度為：

Tk是第K只螞蟻在本次循環(huán)中所經(jīng)過(guò)的測(cè)試矢量集合；

由公式（1）可看出，若故障點(diǎn)ti，tj多次同時(shí)在同一故障檢測(cè)集中出現(xiàn)，則二者之間的關(guān)聯(lián)程度就越強(qiáng)，所以當(dāng)?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(duì)故障監(jiān)測(cè)的時(shí)間和路徑長(zhǎng)度進(jìn)行了優(yōu)化。

2.2 基于蟻群算法的電梯故障檢測(cè)步驟

（1）參數(shù)初始化。設(shè)初始時(shí)間 t = 0，循環(huán)次數(shù) Nc= 0，并設(shè)定其最大值為 Ncmax，將m個(gè)螞蟻分別放到 n 個(gè)測(cè)試矢量上，將每?jī)蓚€(gè)測(cè)試矢量間的信息素設(shè)置為 τmax；

（2）循環(huán)次數(shù)Nc=Nc+ 1 ；

（3）設(shè)故障總數(shù)為n，初始化故障序號(hào)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(guò)遍歷找出故障a，根據(jù)概率轉(zhuǎn)移公式（3）選擇下一個(gè)待檢測(cè)的矢量 tj；

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

（8）判斷故障a對(duì)應(yīng)的故障檢測(cè)集中的測(cè)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(zhuǎn)到（6）；

（9）若k ＞ m則順序執(zhí)行；若k ≤ m則跳轉(zhuǎn)到（5）；

（10）根據(jù)公式（4）更新每?jī)蓚€(gè)測(cè)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(biāo)，并跳轉(zhuǎn)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(jié)束并輸出結(jié)果；若不成立，則清空每只螞蟻的檢索表，跳轉(zhuǎn)到（2）繼續(xù)循環(huán)。

3.電梯監(jiān)控系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)

本文以由4個(gè)電梯信號(hào)輸入點(diǎn)構(gòu)成的故障檢測(cè)集進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，設(shè)定參數(shù)之后，根據(jù)計(jì)算結(jié)果來(lái)判斷采用蟻群算法進(jìn)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(duì)應(yīng)的故障診斷集關(guān)系見(jiàn)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(cè)步驟對(duì)測(cè)試矢量進(jìn)行計(jì)算，得出各矢量之間的關(guān)聯(lián)度。設(shè)置參數(shù)：迭代次數(shù)Ncmax= 200。經(jīng)過(guò)計(jì)算，確定出基于蟻群算法的電梯單故障檢測(cè)的平均可靠性為97.73%。并且，可以得出結(jié)論：改進(jìn)后的蟻群算法可以使電梯單故障診斷的測(cè)試矢量路徑趨近于最優(yōu)路徑，從而提高故障檢測(cè)效率。

4.結(jié)束語(yǔ)

在電梯的故障檢測(cè)中應(yīng)用了改進(jìn)后的蟻群算法，以通過(guò)搜索最少的測(cè)試矢量來(lái)檢測(cè)到電梯故障為目的，研究蟻群搜索最優(yōu)解的具體過(guò)程，建立以電梯信號(hào)輸入點(diǎn)為測(cè)試矢量的故障集，確定各矢量之間的關(guān)聯(lián)程度，在進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)后，得出了檢測(cè)故障的最優(yōu)路徑和可靠度。仿真實(shí)驗(yàn)表明，應(yīng)用蟻群利用測(cè)試矢量間的關(guān)聯(lián)度減少了矢量的檢測(cè)，從而降低了檢測(cè)程序的長(zhǎng)度，同時(shí)也提高了檢測(cè)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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