摘 要：電梯控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)，文章在分析電梯運行特點的基礎(chǔ)上，設(shè)計一種電梯運行控制的有限狀態(tài)機(jī)模型，基于該有限狀態(tài)機(jī)模型設(shè)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(yīng)用于教學(xué)及實際電梯控制系統(tǒng)之中。

關(guān)鍵詞：電梯；有限狀態(tài)機(jī)；電梯控制算法；算法設(shè)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[1][2]。而目前的電梯控制算法比較復(fù)雜，程序比較繁瑣[3]，文章提出了基于有限狀態(tài)機(jī)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(yīng)按鍵，提供人們按下所要到達(dá)的目的層；每一層電梯外都會對應(yīng)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(shè)備，它通用的使用規(guī)則：當(dāng)只有一層有需求時，電梯直接響應(yīng)。每到達(dá)一個需要響應(yīng)的樓層，則開門后關(guān)門。當(dāng)電梯處于上升狀態(tài)時，電梯只響應(yīng)高層的上升按鍵請求。當(dāng)電梯處于下降狀態(tài)時，電梯只響應(yīng)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(jī)模型設(shè)計

有限狀態(tài)機(jī)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(xué)模型，在軟件設(shè)計領(lǐng)域中，狀態(tài)機(jī)經(jīng)常用來描述一些復(fù)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(jī)來描述電梯的控制過程，思路明確清晰。有限狀態(tài)機(jī)關(guān)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(yīng)電梯開門、關(guān)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(yīng)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(dá)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，條件1為：第N層為目的地?？赡軐?yīng)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(dāng)前層；b.電梯外有人按下方向鍵，且方向鍵與當(dāng)前電梯運行方向一致；“電梯開門”動作后，無條件進(jìn)入“電梯關(guān)門”動作。（2）“到達(dá)第N層”這個狀態(tài)下，由“電梯關(guān)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(dá)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(dá)第N層”這個狀態(tài)下，由“電梯關(guān)門”動作轉(zhuǎn)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，尚未到達(dá)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(dá)第N層”這個狀態(tài)下，由“電梯關(guān)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(dá)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(dāng)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(dāng)前層；b.電梯外無人按下與當(dāng)前電梯運行方向一致的方向鍵。（6）“到達(dá)第N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(dāng)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(dāng)前層；b.電梯外無人按下與當(dāng)前電梯運行方向一致的方向鍵。（7）在“到達(dá)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(dá)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(dāng)“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(dá)第N層”轉(zhuǎn)移到“到達(dá)第N+1層”或者“到達(dá)第N-1層”。

3 基于有限狀態(tài)機(jī)的算法設(shè)計與實現(xiàn)

根據(jù)上文介紹，利用有限狀態(tài)機(jī)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(dá)到一層”的狀態(tài)下，都進(jìn)行圖1中各個條件判斷，滿足條件則觸發(fā)對應(yīng)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(dāng)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(dāng)前運行的方向和最高（最低）響應(yīng)樓層的判斷。根據(jù)電梯控制的有限狀態(tài)機(jī)模型，設(shè)計優(yōu)化的電梯控制算法如下：

算法1基于有限狀態(tài)機(jī)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.

PROCEDUCE： FSM_Based_ elevator_control_Algorithm（）

1.while （true） then

2. if 根據(jù)電梯內(nèi)部按鍵、當(dāng)前樓層按鍵及電梯運行判斷當(dāng)前樓層應(yīng)該開門 then

3. 在暫停在當(dāng)前樓層，并進(jìn)行電梯開門、關(guān)門動作；

4. end if；

5. if 電梯運行方向是上行 then

6. if 到達(dá)上行最高目的層 then

7. 暫停在當(dāng)前層；

8. else // 還未到達(dá)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(dá)下行最低目的層 then

13. 暫停在當(dāng)前層；

14. else // 還未到達(dá)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(dāng)前層

18. 根據(jù)電梯內(nèi)部按鍵、各樓層按鍵設(shè)置電梯運行方向及目標(biāo)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(shè)計時

速提前進(jìn)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(dāng)前運行電梯的最高目的層或最低目的層，以便能及時響應(yīng)用戶使用電梯的需求。我們在Microsoft Visual C++環(huán)境中對算法進(jìn)行了實現(xiàn)，實驗表明，該算法具有計算量級小，能及時響應(yīng)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(jī)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(xué)或者控制電梯的應(yīng)用研究工作中。

參考文獻(xiàn)

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[3]陶磊.試論電梯控制算法[J].中國科技博覽，2013（8）：323.

[4]卡茨.現(xiàn)代邏輯設(shè)計[M].電子工業(yè)出版，2006，3.