多Agent技术在中央空调节能控制中的应用研究

论文摘要

中央空调系统的自动控制是楼宇自动化系统（BAS）最主要的组成部分。中央空调系统的控制质量不仅决定了空调场所的舒适程度,而且直接关系到建筑物的能耗水平。中央空调的能耗占整个建筑能耗的60%以上,因此中央空调是楼宇自动化系统节能的重点。同时,由于中央空调系统十分庞大,反应速度较慢、滞后现象较为严重,给机组运行的稳定性增加了很多困难。而现阶段中央空调自控系统几乎仍采用传统的控制技术,对于工况及环境变化的适应性差,控制惯性较大,节能效果不理想。另一方面,空调系统的运行能耗是其所有设备运行能耗的总和,只有从系统全局的角度考虑设备的协调工作,才有可能达到中央空调系统总体节能。因此将人工智能技术应用于中央空调自控系统,对于提高中央空调系统运行的稳定性、可靠性、整体节能以及推动智能控制技术的应用发展等方面都具有重要的理论价值和实际工程应用价值。多Agent系统（Mutli-Agent System）通过Agent来模拟人的理性行为,描述Agent之间的理性交互,更能体现人类的协作特点,具有较强的灵活性和适应性,非常适合于中央空调系统。本论文结合中央空调系统节能的应用需求,将MAS技术引入到中央空调自控系统中,建立一个基于MAS的用于中央空调系统整体节能的分布智能化控制系统模型:MAS-ICSCAC（MAS based Model for Intelligent Control System of Central Air Conditioning）。MAS-ICSCAC通过Agent的自治、多Agent之间的协调与协作来实现子系统的自治及它们之间的协调与协作。MAS-ICSCAC遵循FIPA规范,采用点对点的通信方式,运用集中与分布相结合的协调机制,采用“请求-服务”的任务分配模式实现Agent之间的协作。MAS-ICSCAC以JADE作为开发平台,采用面向Agent的编程方法实现该模型的原型系统,具有实现简单,扩展灵活的特点,且具有良好的互操作性。通过对原型系统测试,验证了本课题所研究的MAS技术的优越性和技术应用路线及方法、工具的正确性。并使用能耗仿真软件EnergyPlus对课题思路的科学性和有效性进行了验证,结合EnergyPlus的图形用户接口和第三方工具对仿真结果进行了分析。仿真结果表明:基于MAS的中央空调分布智能化控制系统拥有一种全新的控制结构,它能够适应中央空调系统的动态特性,较好地克服了传统中央空调自控系统的缺陷,实现了中央空调系统的整体节能,相对传统的中央空调自控系统具有更高的节能效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文研究的背景和意义
• 1.2 论文相关领域发展研究现状
• 1.2.1 中央空调系统节能的现状
• 1.2.2 人工智能技术的发展
• 1.3 课题的来源
• 1.4 MAS 的应用情况
• 1.4.1 MAS 在智能建筑中的应用
• 1.4.2 MAS 在其他领域的应用
• 1.5 本人的主要工作
• 2 课题相关理论知识介绍
• 2.1 中央空调自控系统
• 2.1.1 中央空调自控系统的控制方式
• 2.1.2 中央空调自控系统的基本组成
• 2.1.3 中央空调自控系统主要控制方式及其存在的问题
• 2.2 AGENT 和多AGENT 系统基本理论
• 2.2.1 分布式人工智能
• 2.2.2 Agent 的基本概念
• 2.2.3 多Agent 系统（MAS,Multi-Agent System）理论
• 2.2.4 MAS 中的通信与交互技术
• 2.3 FIPA 规范
• 2.3.1 FIPA 组织及FIPA 标准
• 2.3.2 FIPA 标准体系结构
• 2.3.3 FIPA 标准的规范集合
• 2.3.4 FIPA 标准的多Agent 通信机制
• 2.4 多AGENT 系统理论应用于中央空调自控系统的构想
• 2.4.1 MAS 求解方法的适用问题
• 2.4.2 中央空调系统的特点
• 3 基于 MAS 技术的中央空调节能控制系统模型的建立
• 3.1 基于MAS 的中央空调系统整体节能控制模型MAS-ICSCAC..
• 3.2 各个AGENT 的内部逻辑结构及功能
• 3.2.1 中央管理Agent 的内部逻辑结构及功能
• 3.2.2 区域控制Agent 的内部逻辑结构及功能
• 3.2.3 现场控制Agent 的内部逻辑结构及功能
• 3.3 MAS-ICSCAC 的内部运行机制
• 3.3.1 Agent 的生命周期
• 3.3.2 MAS-ICSCAC 的运行模式
• 3.4 MAS-ICSCAC 的通信
• 3.4.1 通信语言的确定
• 3.4.2 通信协议的确定
• 3.4.3 通信方式的确定
• 3.4.4 通信内容的确定
• 4 MAS-ICSCAC 的实现
• 4.1 JADE 开发环境
• 4.1.1 JADE 简介
• 4.1.2 运行JADE 平台
• 4.1.3 生成JADE Agent—Agent 类
• 4.1.4 执行任务—behaviour 类
• 4.1.5 Agent 通信——ACLMessage 类
• 4.2 MAS-ICSCAC 的实现
• 4.2.1 通信模块的实现
• 4.2.2 注册模块的实现
• 4.2.3 中央信息管理模块的实现
• 4.2.4 实时专家系统模块的软件设计
• 5 MAS-ICSCAC 的模块测试与初步仿真
• 5.1 MAS-ICSCAC 的模块测试
• 5.1.1 测试方案
• 5.1.2 Agent 平台结果
• 5.1.3 Agent 通信测试
• 5.2 仿真软件ENERGYPLUS
• 5.2.1 EnergyPlus 软件简介
• 5.2.2 EnergyPlus 程序运算执行过程
• 5.3 MAS-ICSCAC 的初步仿真
• 5.3.1 系统仿真的思路
• 5.3.2 建筑模型的建立
• 5.3.3 一次负荷计算
• 5.3.4 二次负荷计算
• 5.3.5 仿真结果分析
• 6 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读学位期间发表及录用的学术论文