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

2、較繁瑣 3 ， 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(jié)構(gòu)，一般電梯內(nèi)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?shù)纳翟O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

3、電梯控制的有限狀態(tài)機模型設計 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(zhuǎn)移 和動作等行為的數(shù)學模型，在軟件設計領域中，狀態(tài)機經(jīng)常 用來描述一些復雜的算法，表明一些算法內(nèi)部的結(jié)構(gòu)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(shù)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)移說明如下：（1）“到達第 N 層”這個狀態(tài)下，能產(chǎn)生“電梯開門” 動作的觸發(fā)條件為條件 1

4、，條件1為：第N層為目的地?？?能對應以下兩種情況中的一種，或者兩種都具備：a.電梯內(nèi)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(zhuǎn)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(nèi) 有人按了更高樓層；b.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(zhuǎn)到 “向下走一層” 動作的觸發(fā)條件為

5、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 未到達最低目的地，最低目的地取決于：a.電梯內(nèi)有人按了更低樓層；b.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(zhuǎn)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(nèi)外都無按鍵按下） 。（5）“到達第 N 層”這個 狀態(tài)下， 直接轉(zhuǎn)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(nèi)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

6、層”這個狀態(tài)下， 直接轉(zhuǎn)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。下面條 件同時滿足：a.電梯內(nèi)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(zhuǎn)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(nèi)外都無按鍵按下） 。（ 8）在“到 達第 N 層”這個狀態(tài)下，直接轉(zhuǎn)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(nèi)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(zhuǎn)移，由電梯“到達第N層”轉(zhuǎn)移到“到達第 N+1層”

7、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(jù)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(nèi)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(jù)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(nèi)部按鍵及各樓層按鍵狀態(tài)；OUTPUT： 電梯運行控制信號 .

8、PROCEDUC：E FSM_Based_ elevator_control_Algorithm（）1. while （ true ） then2. if 根據(jù)電梯內(nèi)部按鍵、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(qū)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

9、. else / 還未到達最低目的層15. 驅(qū)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(jù)電梯內(nèi)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(jù)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(jié)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中。參考文獻