基于有限狀態(tài)機的優(yōu)化電梯控制算法的設計和實現(xiàn)

1、基于有限狀態(tài)機的優(yōu)化電梯控制算法的設計和實現(xiàn)摘要：電梯控制系統(tǒng)是一個復雜的自動化控制系統(tǒng)， 文章在分析電梯運行特點的基礎上，設計一種電梯運行控制 的有限狀態(tài)機模型，基于該有限狀態(tài)機模型設計優(yōu)化的電梯 控制算法，并實現(xiàn)該算法，實驗表明，該算法具有邏輯清晰、 簡單明了、運行可靠高效等特點，可以很好地應用于教學及 實際電梯控制系統(tǒng)之中。關鍵詞：電梯；有限狀態(tài)機；電梯控制算法；算法設計 與實現(xiàn)在現(xiàn)代社會中，特別是高層建筑里，電梯是不可缺少的 垂直運輸工具。電梯的特點是所占面積很小，通過合理的控 制程序可以將乘客或貨物安全有效快速地運送到不同的樓 層12。而目前的電梯控制算法比較復雜，程序比較繁瑣3，

2、文章提出了基于有限狀態(tài)機的優(yōu)化電梯控制算法，并給出了 具體的實現(xiàn)。1電梯運行分析電梯結構，一般電梯內有所有樓層的對應按鍵，提供人 們按下所要到達的目的層；每一層電梯外都會對應有一個向 上和向下的方向鍵（如果是最高層，則只有向下的按鍵；如 果是最底層，則只有向上的按鍵），提供人們所在樓層做出上樓或者下樓的操作。電梯作為垂直運輸的升降設備，它通用的使用規(guī)則：當 只有一層有需求時，電梯直接響應。每到達一個需要響應的 樓層，則開門后關門。當電梯處于上升狀態(tài)時，電梯只響應 高層的上升按鍵請求。當電梯處于下降狀態(tài)時，電梯只響應 低層的下降按鍵請求。每個請求信號保留到執(zhí)行后自動刪除。2電梯控制的有限狀態(tài)機模

3、型設計有限狀態(tài)機是表示有限個狀態(tài)以及這些狀態(tài)之間轉移 和動作等行為的數學模型，在軟件設計領域中，狀態(tài)機經常 用來描述一些復雜的算法，表明一些算法內部的結構和流程 4。文章采用有限狀態(tài)機來描述電梯的控制過程，思路明確 清晰。有限狀態(tài)機關鍵的步驟在于確定狀態(tài)的對象以及狀態(tài) 的個數，文章將電梯處在的每一個樓層都視為一個狀態(tài)，而 每一個狀態(tài)下都對應電梯開門、關門、停止、向上走一層和 向下走一層這些動作，動作之間的轉移有相應的條件觸發(fā)， 具體參考圖1所示。對圖1中具體的狀態(tài)、動作轉移說明如下：（1）“到達第N層”這個狀態(tài)下，能產生“電梯開門” 動作的觸發(fā)條件為條件1，條件1為：第N層為目的地?？?能對應

4、以下兩種情況中的一種，或者兩種都具備：a.電梯內 有人按當前層；b.電梯外有人按下方向鍵，且方向鍵與當前 電梯運行方向一致；“電梯開門”動作后，無條件進入“電梯關門”動作。（2）“到達第N層”這個狀態(tài)下，由“電梯 關門”動作轉到“向上走一層”動作的觸發(fā)條件為條件2, 條件2為：電梯繼續(xù)上行。即電梯停止或者運行方向向上， 尚未到達最高目的樓層。而最高目的樓層取決于：a.電梯內 有人按了更高樓層；匕更高樓層電梯外有人按下，無須考慮 電梯外的方向鍵。（3）“到達第N層”這個狀態(tài)下，由“電 梯關門”動作轉到“向下走一層”動作的觸發(fā)條件為條件3, 條件3為：電梯繼續(xù)下行。電梯停止或者運行方向向下，尚 未

5、到達最低目的地，最低目的地取決于：a.電梯內有人按了 更低樓層；匕更低樓層電梯外有人按下，無須考慮電梯外的 方向鍵。（4）“到達第N層”這個狀態(tài)下，由“電梯關門” 動作轉到“停止”動作的觸發(fā)條件為條件4，條件4為：無 鍵按下（電梯內外都無按鍵按下）。（5）“到達第N層”這個 狀態(tài)下，直接轉到“向上走一層”動作的觸發(fā)條件為條件5, 條件5為：電梯當前向上運行，第N層不是目的地。下面條 件同時滿足：a.電梯內無人按當前層；b.電梯外無人按下與 當前電梯運行方向一致的方向鍵。（6）“到達第N層”這個 狀態(tài)下，直接轉到“向下走一層”動作的觸發(fā)條件為條件6, 條件6為：電梯當前向下運行，第N層不是目的地

6、。下面條 件同時滿足：a.電梯內無人按當前層；b.電梯外無人按下與 當前電梯運行方向一致的方向鍵。（7）在“到達第N層”這 個狀態(tài)下，直接轉向“停止”動作的觸發(fā)條件為條件7,條 件7為：無鍵按下（電梯內外都無按鍵按下）。（8）在“到 達第N層”這個狀態(tài)下，直接轉向“停止”動作的觸發(fā)條件 為條件8，條件8為：有鍵按下（電梯內或外有按鍵按下）。 每當“向上走一層”或者“向下走一層”的動作都會觸發(fā)狀 態(tài)的轉移，由電梯“到達第N層”轉移到“到達第N+1層” 或者“到達第N-1層”。3基于有限狀態(tài)機的算法設計與實現(xiàn)根據上文介紹，利用有限狀態(tài)機建模，將電梯的每個樓 層視為一個狀態(tài)，每個狀態(tài)下，又分為若干動

7、作。在具體的 實現(xiàn)中，在“每達到一層”的狀態(tài)下，都進行圖1中各個條 件判斷，滿足條件則觸發(fā)對應的動作。同時在具體實現(xiàn)中， 由于這個動作的觸發(fā)條件都是取決于當前電梯按鍵狀態(tài)，因 此我們需要記錄電梯內外按鍵的狀態(tài)、電梯當前運行的方向 和最高（最低）響應樓層的判斷。根據電梯控制的有限狀態(tài) 機模型，設計優(yōu)化的電梯控制算法如下：算法1基于有限狀態(tài)機的優(yōu)化電梯控制算法INPUT：電梯內部按鍵及各樓層按鍵狀態(tài)；OUTPUT：電梯運行控制信號.PROCEDUCE： FSM_Based_ elevator_control_Algorithm（）1. while （true） then2. if根據電梯內部按鍵、

8、當前樓層按鍵及電梯運行判斷 當前樓層應該開門then3. 在暫停在當前樓層，并進行電梯開門、關門動作；4. end if；5. if電梯運行方向是上行then6. if到達上行最高目的層then7,暫停在當前層；8. else /還未到達最高目的層9. 驅動電梯上行；10. end if else ；11. else if電梯運行方向是下行12. if到達下行最低目的層then13. 暫停在當前層；14. else /還未到達最低目的層15. 驅動電梯下行；16. end if else ；17. else /電梯目前是暫停在當前層18. 根據電梯內部按鍵、各樓層按鍵設置電梯運行方向 及目標層19. end if else；20. end while ；該算法需特別說明兩點：（1）步驟2-3需根據電梯運行 設計時速提前進行判斷，以便于有足夠的時間控制電梯暫停在 該層上；（2）電梯的每次按鍵都將刷新當前運行電梯的最高 目的層或最低目的層，以便能及時響應用戶使用電梯的需求。我們在Microsoft Visual C+環(huán)境中對算法進行了實現(xiàn)，實驗 表明，該算法具有計算量級小，能及時響應按鍵，運行高效 等特點。4結束語文章提出了基于有限狀態(tài)機的優(yōu)化電梯控制算法，實驗 表明，該算法具有邏輯清晰、簡單明了、運行可靠高效等特 點，適用于教學或者控制電梯的應用研究工作