Diseño y simulación de un algoritmo basado en lógica difusa para el despacho de ascensores en un edificio

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1 Diseño y simulación de un algoritmo basado en lógica difusa para el despacho de ascensores en un edificio PROYECTO FIN DE CARRERA Ingeniería de Telecomunicación Autor: Guillermo Iglesias García Director: Pablo Cortés Achedad Sevilla, mayo de 2013

2 Índice 1. Objeto del proyecto 5 2. Introducción Antecedentes históricos El ascensor moderno 9 3. Tecnología del transporte vertical Definición del problema de gestión del tráfico vertical Restricciones en el diseño Patrones de tráfico Dimensión del problema de despacho de llamadas Consideraciones previas a la aplicación del modelo matemático Tipos de ascensores Edificios altos modernos Instalaciones con sótano Modelo matemático para tráfico ascendente (UpPeak) Parámetros del modelo matemático para el tráfico. 26 ascendente máximo (UpPeaK) Relación entre parámetros Limitaciones del modelo matemático Importancia del modelo UpPeak. 37 2

3 3.7 Modelo matemático para otros periodos Modelo matemático para el tráfico máximo descendente.. 38 (DownPeak) Modelo matemático para tráfico entre plantas equilibrado 42 (Interfloor Balanced Traffic) Modelo matemátrico para el tráfico de mediodía (MidDay Traffic) Problema de asignación cabina-llamada Evolución de los sistemas de control básicos Sistemas de control básicos para sistemas de un solo ascensor Sistemas de control básicos para grupos de ascensores Sistemas de control avanzado de grupos de ascensores Obtención y manejo del flujo de datos Sistemas de control para el calibrado de parámetros y el despacho de llamadas mediante lógica difusa Sistema de control para el despacho de llamadas que se calibra automáticamente basado en lógica difusa Desarrollo de un controlador basado en lógica difusa para la optimización del tiempo de espera mediante la consideración del tiempo relativo Algoritmo para el despacho de llamadas que considera el tiempo de espera relativo de cada llamada Experimentación Software necesario para la elaboración del código ELEVATE Datos de entrada Datos de entrada básicos 78 3

4 Datos de entrada avanzados Datos de salida Microsoft Visual C Realización de las pruebas y tratamiento estadístico Escenarios para el ensayo del algoritmo propuesto Tratamiento estadístico de los resultados obtenidos Resultados finales Escenario Escenario Análisis y valoración global de los resultados finales Conclusiones Referencias Anexo 1. Glosario de términos y acrónimos Anexo 2. Descripción de los objetos más relevantes empleados en el programa de simulación del l algoritmo Anexo 3. Resultados intermedios de los procesos de simulación

5 1. Objeto del proyecto El proyecto fin de carrera que se presenta busca profundizar en funcionalidades clásicas de los sistemas de control de transporte vertical como es el caso del despacho de llamadas. El enfoque seguido es el de intentar proporcionar soluciones verdaderamente posibles de implementar, ya que es habitual que la mayoría de la literatura científica que aborda el problema del trasporte vertical se quede en meros ejercicios académicos por el hecho de implicar diseños muy teóricos, siendo costosos en tiempo y de una complejidad tal que su viabilidad de instalación real en la práctica es escasa o nula. El método de despacho en el ámbito del transporte vertical desarrollado se sostiene sobre hipótesis de partida que posteriormente son ratificadas mediante ensayos experimentales. Las hipótesis más destacadas a este respecto son: la existencia de patrones de tráfico detectables en instalaciones de transporte vertical (Peters, 2000), la posibilidad de diseñar una instalación para el transporte vertical capaz de satisfacer cualquier demanda en términos de cantidad basándose exclusivamente en el modelo matemático para tráfico máximo ascendente (UpPeak) (Lee et al., 2009) y la posibilidad de resolver el problema de la asignación dinámica de zonas sin la necesidad de recurrir a complicadas heurísticas de inteligencia artificial que contemplan millones de posibilidades. Dada la complejidad de los problemas relacionados con el transporte vertical, los modelos de optimización propuestos han de ser validados mediante simulación. Para ello se implementa un programa específico con el objeto de evaluar su funcionamiento y extraer conclusiones. Para la creación de entornos de simulación se usarán primero modelos matemáticos que asegurarán una capacidad de transporte óptima en los edificios propuestos y para la simulación en sí se usarán herramientas de simulación (Cortés et al., 2006) como el software ELEVATE desarrollado por Peters Research Ltd. que permite, mediante la inserción de código C++ implementado en Microsoft Visual C++ 6.0, testear el funcionamiento de los sistemas de control desarrollados. En concreto, este proyecto se centra en la elaboración del código C++ necesario para implementar un algoritmo de lógica difusa (Fernández et al.,2013) del que se espera responda bien (mejor que otros con los que se compara, como Nearest Call) ante un tipo concreto de tráfico, el Interfloor. Se conoce como Constant Traffic Interfloor a aquel patrón de tráfico en el que la planta baja nunca es origen ni destino de llamadas a las cabinas. Se parte de una población previamente situada dentro del edificio. 5

6 Además de elaborar el software correspondiente a dicho algoritmo se realizarán simulaciones suficientes sobre dos escenarios distintos sometidos a tipos variados de tráfico de pasajeros, de manera que puedan inferirse conclusiones fiables sobre la eficiencia del algoritmo. El documento que se presenta se divide en cuatro partes principales más las conclusiones, tres apartados dedicados a anexos y uno final incluyendo la bibliografía tomada como referencia. La primera sección establece el objeto del proyecto y la disposición general del contenido presentado en el documento. La segunda sección introduce la evolución del transporte vertical a lo largo del tiempo y plantea la problemática asociada al mismo en la actualidad. La tercera sección versa sobre la tecnología del transporte vertical, describiendo las dos generaciones de sistemas de control clásicos, que pese a su antigüedad no han perdido su vigencia, y aborda los diferentes sistemas de control de grupo de ascensores modernos mostrando sus ventajas, inconvenientes y posibles mejoras. La cuarta sección trata sobre el problema de asignación cabina-llamada, que describe un sistema de control basado en lógica difusa desarrollado para la detección del tipo de tráfico en sistemas de transporte vertical. Se justifica teóricamente el modelo propuesto, se describen los parámetros del diseño, las variables de entrada del modelo y el proceso de inferencia difusa para posteriormente ratificar su eficacia real mediante experimentos de simulación por ordenador. La quinta sección incluye los resultados de los experimentos mencionados anteriormente, simulaciones que sirven para corroborar que el algoritmo de diseño cumple lo esperado teóricamente. Se muestra también la naturaleza de los escenarios sobre los que se realizan las simulaciones y el tratamiento estadístico que se hace de los datos ofrecidos por ELEVATE, de manera que se alcancen los resultados finales. 6

7 La sexta sección establece las conclusiones que se han podido observar a lo largo de la realización del proyecto. Por último, se presentan tres anexos como secciones finales: el primero de ellos incluye un índice de palabras, con una explicación del vocabulario específico; el segundo, los ficheros de código y objetos de los que se ha hecho uso a lo largo de la elaboración del programa; por último, el tercer anexo, contiene cada uno de los resultados concretos de cada simulación, mostrándolos a través de tablas según el tipo de tráfico, la semilla utilizada y el peso absoluto-relativo utilizado en los distintos ensayos de los algoritmos. 7

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