基于多Agent的火电厂控制系统故障检测与诊断研究.doc

华北电力大学（北京）硕士学位论文基于多Agent的火电厂控制系统故障检测与诊断研究姓名：张怡申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：侯国莲20080115华北电力大学硕士学位论文摘要故障检测与诊断技术对于确保火电厂安全可靠运行至关重要，本文以火电厂控制系统为研究对象，着重研究了适用于火电厂控制系统故障诊断的理论和方法。首先，从控制系统单个部件角度出发，针对火电厂执行器、传感器的各种典型故障，提出了基于信号趋势分析的故障检测与诊断的新方法。然后，从整个控制系统角度出发，引入技术，建立了基于控制系统故障诊断体系结构，采用数学形态学一小波分析作为故障检测与诊断的工具。最后，通过对过热汽温控制系统故障诊断的仿真表明，在不同工况条件下，该方法不仅能从特大扰动干扰下准确地检测出故障发生的时刻及位置，同时能诊断出故障类型。关键词：控制系统，故障诊断，形态学一小波，传感器，执行器，多系统，（），（）：，华北电力大学硕士学位论文摘要故障检测与诊断技术对于确保火电厂安全可靠运行至关重要，本文以火电厂控制系统为研究对象，着重研究了适用于火电厂控制系统故障诊断的理论和方法。首先，从控制系统单个部件角度出发，针对火电厂执行器、传感器的各种典型故障，提出了基于信号趋势分析的故障检测与诊断的新方法。然后，从整个控制系统角度出发，引入技术，建立了基于控制系统故障诊断体系结构，采用数学形态学一小波分析作为故障检测与诊断的工具。最后，通过对过热汽温控制系统故障诊断的仿真表明，在不同工况条件下，该方法不仅能从特大扰动干扰下准确地检测出故障发生的时刻及位置，同时能诊断出故障类型。关键词：控制系统，故障诊断，形态学一小波，传感器，执行器，多系统，（），（）：，声明尸明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于多的控制系统故障检测与诊断的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：毛篮！也日期：冱趁：）：！罗关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。（涉密的学位论文在解密后遵守此规定）作者签名：班！趁日期：迦盘：翌导师签名：日期：塑墨！牙华北电力大学硕士学位论文选题背景和意义第一章绪论连续工业生产过程如石油炼制、化工、钢铁、电力等行业，自动控制系统已成为大型设备不可分割的重要组成部分，没有高性能、高可靠性的控制系统，整个生产过程是无法进行的。但它们通常工作于高温、高压或低温真空等极端环境，如疏于检测或检测不及时，不仅会给生产带来巨大损失，而且严重威胁着人身安全，。随着控制系统日益复杂化，故障发生的可能性也随之增加。因此，如何提高系统可靠性与安全性，如何实现系统发生故障后的故障诊断与容错控制，为控制系统故障检测与诊断（）以及容错控制技术（兀）提出了更高的要求。目前，故障诊断和容错控制技术在航空航天、核电站，和大型工业生产过程等领域有着广泛的应用。目前我国的火电厂，已经普遍采用了国际最先进的分散控制系统（），由于计算机的快速发展，计算机的软、硬件的可靠性已经达到较高的水平。据统计的控制系统失效起因于传感器和执行器的故障，特别是一些重要信号故障后，可能是控制品质急剧下降或控制失败，甚至造成设备损坏和停机等严重后果。另一方面，火电厂控制系统的特点是具有可修复性，及时合理的维修是机组安全稳定运行的保障。目前采取的主要检修模式是人工巡回点检或运行人员发现故障，然后通知热工人员进行检修。但由于控制回路众多，控制设备遍布电厂各个角落，仅靠人力很难实现早期、及时、全面的检查和发现故障。据统计，目前对系统的工作能力的检查和缺陷的寻找需要花费大量的时间，有时占到系统总修复时间的。由于先进的故障检测与诊断技术尚未应用到火电厂的控制系统检修中，由此带来的是检修效率较低，维修时间长和费用巨大等问题。针对上述问题，本文提出一种思路：根据控制系统可测量得到的信号，应用理论分析的方法和计算机快速、集中处理能力相结合，建立基于软件计算的实时故障诊断系统，即实现控制系统在线检测和诊断。基于以上出发点，本论文以火电厂控制系统为背景，从单个控制系统部件角度出发，针对火电厂执行器、传感器的各种典型故障，提出了一种基于信号趋势分析的故障检测与诊断的新方法。从整个控制系统角度出发，引入技术，建立了基于控制系统故障诊断体系结构，充分利用之间的通信、协调能力，及基于信号趋势分析的形态学，波故障检测与诊断算法，实现控制系统在线故障检测与诊断，提高火电机组的可靠性和安全性。华北电力大学硕士学位论文控制系统故障检测与诊断的方法和研究现状故障检测与诊断基本理论在理论和实践中，系统故障主要是指被研究对象所处的状态或其本身某一方面特征发生了异常改变，通常指系统状态发生偏离常态的改变。即系统运行过程中出现的各种瞬时或持续的、缓变或突发的、局部的或整体的并非预期的异常改变。控制系统是由被控对象、传感器、执行器和控制器等部件组成的复杂系统。而各个部件又是由电子、机械、软件及其它元素构成的复合体，构成控制系统的各个基本环节都有可能发生故障。按故障部件划分主要故障有：（）被控对象故障：对某一子设备不能完成原有功能；（）传感器故障；（）执行器故障；（），等计算机接口故障，计算机硬件故障；（）计算机软件故障：计算机诊断程序和控制算法程序的故障。按故障程度分：（）缓变性故障：特性发生较慢变化的故障，如传感器、执行器等的输出偏差逐渐增大、增益逐渐衰减等。（）突变性故障：即系统的某些参数突然跳变或某些外部原因造成系统输出发生跳变而引起的故障。如传感器、执行器增益突变和偏差的突变。（）完全失效故障：突变性故障的极限情况，如传感器输出与所测量变量无关的某一恒定值，执行器卡死等。对大多数动态系统而言，故障诊断的任务由低级到高级，涉及到以下四方面内容：（）故障建模：按照先验信息和输入输出关系，建立系统故障的数学模型，作为故障检测与诊断的依据。（）故障检测：从过程可测量或不可测量变量的估计信息中提取描述系统的特征信息，判断系统是否发生了故障。发生故障时给予相应的显示或报警。（）故障分离和估计：如果系统发生了故障，给出故障源的位置，区分故障原因是执行器、传感器、被控对象或是特大扰动。故障估计是在弄清故障性质的同时，计算故障的程度及故障发生的时间等参数。（）故障的分类、评价与决策：判断故障的严重程度，以及对系统的影响和发展趋势，针对不同情况采取不同措施，其中包括保护系统和容错控制系统的启动。华北电力大学硕士学位论文故障检测与诊断方法以解析冗余为主导的故障诊断技术首先在美国发展起来，年代初，美国学者（）和苏联学者（）相继提出了利用解析冗余代替硬件冗余，通过比较观测器的输出得到系统故障信息，并通过系统自组织，使系统的闭环稳定。等人的开创性工作，奠定了故障检测和诊断理论基础。以下为故障检测和诊断方法及研究现状。目前已形成了几个世界上有影响力的故障诊断和容错控制研究中心。（）英国大学，领导的课题组；（）德国大学的，领导的课题组；（）美国大学领导的课题组。按照国际故障诊断权威教授的观点，所有故障诊断方法都可以划分为基于知识的方法、基于解析模型的方法和基于信号处理的方法三种；从同模型的关系看，可以划分为不依赖于数学模型的方法（包括基于知识的方法、基于信号的方法）和基于数学模型的方法（包括基于解析模型的方法）。基于模型的方法基于数学模型的故障诊断方法就是首先利用滤波器（观测器）重构系统的参数和状态并与之相对应的输出信息进行比较，从而产生残差，并对残差进行分析和评价而实现故障诊断的技术。正常情况下，残差等于零或近似为零（在某种意义下）：而当系统出现故障时，残差应显著偏离零点（，），。残差产生（）和残差评价（）是故障诊断系统设计的核心，如图所示。图基于模型的故障诊断方法的基本步骤根据残差产生的形式不同，基于模型的故障诊断方法又可分为参数估计方法和状态估计方法。（）状态估计方法被控过程的状态直接反映系统运行状态，通过估计出系统的状态，并结合适当的模型则可进行故障诊断。首先重构被控系统状态，并构造残差序列，残差序列中华北电力大学硕士学位论文包含各种故障信息，通过构造适当的模型并采用统计检验法，才能把故障从中检测出来，并作进一步分离、估计及决策。通常可用观测器及卡尔曼滤波器进行状态估计。采用状态估计诊断方法的几个前提条件：、具备过程数学模型知识；、已知噪声统计特性；、系统可观测或部分可观测；、在许多场合下将模型线性化，并假设噪声干扰为白噪声。然而在实际中，这些条件往往不能满足，所以目前对于状态估计的方法的研究主要集中在提高检测系统对于建模误差、扰动、噪声等未知输入的鲁棒性及系统对于早期突发性故障的灵敏性。（）参数估计方法当故障由参数的显著变化来描述时，可利用已有的参数估计方法来检测故障信息，根据参数的估计值与正常值之间的偏差情况来判定系统的故障情况。其基本思想是把理论建模和参数辨识结合起来。此种方法需要的前提条件：、建立精确的系统模型；、具有有效的参数估计方法；、被控过程的充分激励；、选择适当的过程参数。与状态估计方法相比较，参数估计方法更有利于故障的分离。文献针对一种离散形式的非线性系统考虑了执行机构出现增益和恒偏差故障时的诊断问题，采用等价偏差参数方法建立执行器的故障模型，利用强跟踪滤波器同时得到系统状态和等价偏差的在线估计，然后采用基于修正的贝叶斯分类算法检验等价偏差估计值来检测和分离执行器故障。文献将参数估计方法和自适应观测器相结合，在估计状态的同时得到参数的估计。线性参数估计的方法可以使用成熟的参数辨识技术实现（最小二乘法，卡尔曼滤波器等）。不依赖于数学模型的方法除了基于数学模型的方法之外，其它的方法均可归类于不依赖于数学模型的方法，主要包括基于知识的方法和基于信号处理的方法。基于知识的方法在工业过程中，对象的精确模型是很难得到的，尤其是大型火电机组，这就大大限制了基于模型的故障检测与诊断方法的使用。而基于知识的方法不需要被控对象的精确模型，因此具有很大的生命力。（）基于专家系统的故障诊断方法专家系统是人工智能领域中最活跃的一个分支，它已广泛地应用于故障诊断系统。这种方法不依赖于系统的数学模型，而是根据人们长期的实践经验和大量的故障信息知识，设计出一套智能计算机程序，以此来解决复杂系统的故障诊断问题。在故障检测与诊断专家系统的知识库中，存储了某个对象的故障征兆、故障模式、故障成因、处理意见等内容，这是诊断的基础。故障检测与诊断专家系统的推理机构是特定的计算机程序，它在一定的推理机制指导下，根据用户信息，运用知识进行推理判断，将观测到的现象与潜在的原因进行比较以得出系统是否发生故障。华北电力大学硕士学位论文（）基于神经网络的故障诊断方法神经网络由于具有处理复杂多模式及进行联想、推测和记忆功能，它非常适合应用于故障诊断系统。它具有自组织学习能力，能克服传统专家系统当启发式规则未考虑到时就无法工作的缺陷。用神经网络进行故障诊断主要有以下五种方式：、直接用神经网络进行故障诊断；、用神经网络产生残差；、用神经网络评价残差；、用神经网络作进一步诊断；、用神经网络作自适应误差补偿。目前将神经网络用于控制系统故障诊断主要有如下形式：神经网络逼近系统的动态并作为估计器产生残差，神经网络观测器代替传统的观测器，神经网络用于分类和模式识别。近年来基于神经网络故障诊断的取得了一些新成果，如：具有混合结构的动态多层感知器构造的神经网络观测器、，基于动态网络的神经网络观测器等新型观测器等。基于神经网络的故障诊断方法具有从样本进行学习、归纳、推广和很强的自适应能力，是一种很有发展前途的方法，但如何确定合适的网络结构和规模、算法的收敛性、快速性、实时性如何以及如何保证学习样本的完整性和代表性还需要进行进一步的研究。（）基于模糊推理的方法模糊推理符合人类的自然思维过程，便于处理定性知识，成为故障诊断方法研究的一个热点。基于模糊推理的故障诊断方法主要有：、直接基于模糊推理的方法；、基于模糊模型的故障诊断方法；、基于自适应模糊阂值的残差评价方法；、基于模糊聚类的残差评价方法；、基于模糊逻辑的残差评价方法；、基于模糊模式识别的故障诊断方法。模糊方法适用于测量变量较少的且无法获得精确模型的过程。将模糊逻辑应用到基于模型的故障诊断中，主要有下面几个方面：模糊推理和模糊决策用于故障的定位；模糊逻辑在残差评价中的应用；基于模糊识别和模式识别的方法；用模糊逻辑将定量和定性的方法相结合。（）基于模式识别的方法由于故障诊断是利用被诊断系统运行的各种状态信息和己有的各种指标进行信息的综合处理，最终得到关于系统运行状况和故障状况的综合评价过程，那么如果事先对系统可能发生的故障模式进行分类，故障诊断问题就转化为把系统的现有工作状态归入哪一类的问题。因此，可以把故障诊断看作是模式分类和识别问题。基于模式识别的方法的困难在于如何表述相同故障的特征和确定合适的判别函数。（）基于图论的模型推理方法基于网络图论方法的故障诊断技术，实质上是根据一个实际系统中的各个元件之间所存在的故障传播关系，构成故障诊断网络，利用搜索和测试技术进行故障定位。这种方法已在大型工业生产过程和空间飞行器等领域中得到了应用。华北电力大学硕士学位论文基于信号处理的方法由于故障往往会导致过程信息的变化，例如：幅值、相位以及频谱等，因此可以通过利用信号模型，如相关函数、频谱、自回归滑动平均等，直接分析可测信号，提取诸如方差、幅值、频率或其他特征信号，进行故障检测和诊断，以达到进行故障诊断的目的。（）直接测量系统得输入输出在正常情况下，被控过程的输入输出在正常范围内变化：。抽（）（）。（）（）（）（）（）（）当此范围被突破时，可以认为故障已经发生或将要发生。另外，还可以通过测量输入输出的变化率是否满足曲（）（）【，一（）曲（）（）一（）（）（）来判别是否有故障发生。（）基于小波变换的方法利用小波变换进行故障检测与诊断的基本思想是首先对系统的输入输出信号进行小波变换，利用该变换求出输入输出信号的奇异点，然后去除由于输入突变引起的极值点，则其余的极值点对应于系统的故障。基于小波变换的故障诊断方法无需系统的数学模型，且对于输入信号的要求较低，计算量不大，可以进行在线检测，具有灵敏度高，克服噪声能力强等优点，是一种很有前途的故障诊断方法。已在管线泄漏在线诊断系统中得到成功的应用。文献采用连续小波变换对传感器故障进行检测与诊断。文献利用小波多尺度分析实现对传感器缓变故障和突变故障的准确定位，并根据突变点的指数实现故障类型的诊断。（）基于信息融合的方法为了充分利用系统可测量信息进行故障诊断，对每个可测量变量采用多种方法进行诊断，然后将各诊断方法所得的结果加以综合，以得到系统故障诊断的总体结果。综合的过程可以采用模糊推理的方法或理论决策而进行。（）基于信息校核的方法由于信息是进行故障诊断的依据，对于由传感器所获得的信号，通过一些物理华北电力大学硕士学位论文化学规律及数理统计知识对其进行信息校核可以判断系统是否发生了故障。（）基于子空间特征信号分析的方法利用多元信号分析方法将系统信号空间划分为系统特征信号子空间及其补空间。特征信号子空间刻画了整个系统正常运行的状态及其规律，而其补空间只涉及到系统极少的信息或一些并不重要的次要特征。由于故障与系统特征信号之间存在着内在关系，当故障发生时，将会导致系统特征信号在幅值和结构上的变化，进而在预先设定好的故障诊断模型中显示出与系统正常运行状况不同的性状，由此对系统进行故障诊断。根据在子空间中提取特征信号的方式不同，这类故障诊断常用方法又可分为：（，主元分析方法），（，盲源信号分析方法）、（，偏最小二乘法）和（，主元回归）等。理论基本理论研究理论研究的基本思想是使软件能模拟人类的社会行为和认知，即人类社会的组织形式、协作关系、进化机制，以及认知、思维和解决问题的方式。不同的研究者根据自己的研究背景和研究领域提出了不同的研究观点和看法。给出几种关于的定义或解释：）是模拟人类行为和关系，提供人类智能服务的程序。）是一种软件实体，它有自己的任务计划，并且可能只完成某个任务的一部分。）是能够连续地执行以下功能的智能体，它能感知环境的动态变化，并进行推理以解释对环境的感知，进而决定要采取的行动以响应环境的变化。）是有不同自动程度、能够代表用户或其他程序执行某些操作的软件实体，在执行操作的过程中，利用某种知识表示技术将用户的目标或期望形式化。）是任何可以通过感知器感知环境并通过效应器作用于坏境的实体。具有的四个主要特性：自治性（）在没有人和其他的的干涉下，对自己的行为和内部状态有控制能力；反应性（）能够理解周围的环境，并对环境的变化做出实时响应、社会性（）之间通过语言进行沟通交流和能动性（）不仅对环境做出响应，也能够通过接受某些启动信息表现出目标行为。华北电力大学硕士学位论文体系结构的研究的体系结构研究是指如何用软件或硬件的方式实现。体系结构可分为三种类型：慎思型、反应型和混合型。慎思型（）是一种基于知识的结构类型。在这种结构中，包含一个显式的世界表示模型，通过模式匹配和符号逻辑推理来进行决策，做出动作选择，体现了传统人工智能的符号主义观。目前对慎思型的研究最具代表性的成果主有和等。年代中期，以为代表的研究人员对传统的慎思型提出了挑战，认为的智能应体现在对环境刺激的即时反应、对坏境的适应以及在复杂环境下的生存能力。反应（）模型的核心是“感知一行动”，它不包括符号世界模型和符号推理。目前具有代表性的反应型有情景自动机等。混合型融合了反应型和慎思型的思想，当碰到简单熟悉的情况时，直接采取反射的方式产生行为；当碰到复杂的不熟悉的情况时，则先建模，然后结合规划进行决策，做出行为选择。目前具有代表性的混合型有，以及等。（）慎思和定义慎思为：“包含世界显示表示的、符号的模型，并且其决策是通过逻辑推理、基于模式匹配和符号操作。”这种方法有一个基本的假设：对认知功能进行模块化时可能的，即可以分开来研究不同的认知功能（如感知、学习、规划和动作）。然后把它们组装在一起构成智能自治。基于此，慎思把看作是一种意识系统（），能模拟或表现被服务者具有所谓意识态度（），如信念、愿望、意图（包括联合意图）、目标、承诺、责任等。意识态度和意识系统的概念的引入有助于人们以一种自然而又直观的方法来理解、描述、规范、推理和预测基于系统的内部结构、运行规律和变化状态等采用不同的方法来刻画意识态度产生了不同的模型。其中影响最大的是和提出的（：信念期望意图）模型。模型以其坚实的理论基础和方便的可操作性而成为日前的研究和应用中使用最多的模型。模型的结构如图所示。其中各部分解释为：信念（）即对所处环境的认识，这种认识应尽可能的全面和正确。愿望（）是希望达到的状态，通常是人交给的任务。意图（）描述了为达到愿望而计划采用的动作步骤，意图在的动作过程中可能会由于环境的改变而需要决定采取新的动作步骤。知识库中存储了一些预先设计的计划，使能方便地完成其意图。解释器则负责对的控制，通常包括：通过对外部世界的观察更新信念、在新信念的基础上产生新愿望、产生意图以完成愿望等。华北电力大学硕士学位论文观察信息输出信息或命令图的组成一个基于模型的运行流程图如图所示。的初始感知其环境、更新根据愿望形成意图、按步骤动作，可能所示调整动作计划指导完成自己的意信念、产生目标、从知识库中选择有用图、或意识到不可能完成意化、产生的知识愿望图图的工作流程（）反应符号人工智能（）的特点和种种限制给慎思带来了许多尚未解决，甚至根本无法解决的问题，这就导致了反应（）的出现。反应型的支持者认为的智能取决于感知和行动（所以在领域也被称为行为主义），从而提出智能行为的“感知动作”模型。他们认为，不需要知识，不需要表示，也不需要推理，可以像人类一样逐步进化，的行为只能在现实世界与周围环境的交互作用中表现出来。它是基于这样的假设：的行为的复杂性可以是运行环境复杂性的反应，而不是复杂内部设计的反应。（）混合反应型能及时而快速地响应外来信息和环境的变化，但智能程度较低，缺乏足够的灵活性。慎思型具有较高的智能，但无法对环境的变化做出迅速反应，而且执行效率相对较低。混合型（）综合了二者的优点，具有较强的灵活性和快速响应性。华北电力大学硕士学位论文混合结构的系统通常被设计成至少包括如下两部分的层次结构：高层是一个包含符号世界模型的认知层，它用传统符号人工智能的方式处理规划和进行决策；低层是一个能快速响应和处理环境中突发事件的反应层，它不使用任何符号表示和推理系统。反应层通常被给予更高的优先级。采用分层结构时要处理的主要问题是，各层采用什么样的控制框架及各层之间应如何交互。从当前的研究应用现状来看，慎思占据主导地位，因为多数研究和开发者都喜欢使用自己已经熟悉的符号趟技术和方法；反应型的研究和应用目前尚处于初级阶段；混合型由于集中了上述两种的优点而成为当前的研究热点。通信及其通信语言的研究通信语言（）为之间基于知识层上的信息交流提供了方法，使得能够相互感知认知状态。由于通信语言具有很强的表达性，因此，当人作为一种特殊的参与之间的合作行为时，可以很方便地与其它的进行交流。是由（）制定的，是目前国际上最著名的通信语言。除此之外，还有美国的知识共享计划（）中提到的两个相关的语言：一是（）一知识查询与操纵语言；另一个是（）一知识交换格式。（）作为通信语言，已逐渐被人们所接受，是目前使用较多的。学习的研究对开放、自适应的多系统而言，由于与外界存在频繁、大量的信息交往和信息共享，因而学习能力是必不可少的能力之一除了具有传统的系统的学习能力外，还应具有多系统所特有的学习能力。较早的多学习主要关注通过反复交互向其它学习的能力。而则让学习预测其它可能采取的行为，并通过精确的模型，预测行为可能带来的收益。强化学习也是智能的重要属性之一。其他相关的研究（）多系统中协商、协作研究每个仅具有其环境、任务和其它意图的有限知识。协作是多系统充分发挥其能力的有效手段，而协商是协作的关键环节。协商是指通过交换相关的结构化信息，形成一致的观点和规划。合同网协议是最常用的协商协议，该协议通过招投标建立合作关系。华北电力大学硕士学位论文（）的重用性研究面向对象的系统具有封装性、继承性和多态性，它将处理细节隐藏到接口的后面，从而大大推动了软件系统的研究和发展。能够自我发展和完善，因此具有较好的灵活性和适应性。多系统多系统基本概念多系统（）作为分布式人工智能的一个分支，近年来在社会上各个领域得到了广泛的研究。多系统是一个松散耦合的网络，与单一系统相比，它更注重之间的协调、规划和综合行为。具有如下特性：（）每个拥有解决问题的不完全的信息或能力；（）没有系统全局控制；（）数据是分散的；（）计算是异步的。多技术具有自主性、分布性、协调性，并具有自组织能力、学习能力和推理能力。多系统是由多个组成的社会，是一种分布式自主系统。多系统的表现通过的交互来实现，主要研究多个为了联合采取行动或求解问题，如何协调各自的知识、目标、策略和规划。在表达实际系统时，多通过各间的通讯、合作、互解、协调、调度、管理及控制来表达系统的结构、功能及行为特性。由于在同一个多系统中各可以异构，因此多技术对于复杂系统具有无可比拟的表达力，它为各种实际系统提供了一种统一的模型，从而为各种实际系统的研究提供了一种统一的框架。多是典型的分布式计算机系统，多个自主的交互合作执行任务，满足一组目标，每个有它自己的能力和与公共环境相联系的角色。多系统的组织结构多系统的组织结构为成员提供一个相互之间交互的框架，为每个成员之间提供一个多群体问题求解的高层观点和相关信息，以便合理地分配任务并使这些成员联合起来，相互服务、相互协同，共同实现某些较为复杂的目标。一个组至少拥有一个成员。一个组也可以认为是一个简单的或一个子。（）集中和分布式组根据组中是否有集中管理服务机构以及各成员之间的相互关系可将其分为集中式和分布式两类，如图所示。集中式组：集中式组中至少拥有一个管理服务机构，以某种方式负责对组内的所有成员的行为、协作、任务分配以及共享资源等提供统一的协调和管理服务，管理服务机构（可以是管理、协调等）与各成员之间具有一定程度的管理与被管理的关系，如图（）所示。华北电力大学硕士学位论文（）集中式组（）分布式组图组的基本结构管理服务机构通常拥有该组整体目标、组内各成员以及系统当前环境的较为丰富的知识和模型，能够对组内各成员的行为及其相互之间的影响和对整体行为的影响进行一定程度的推理、判断、协调和组织等。管理服务机构对接受的任务进行分析处理并将较为复杂的任务分为多个子任务。根据各成员的能力和当前状态将子任务分配给适当的成员；而成员接受的一些仅涉及局部资源，并不需要其它成员给予协作的任务可以不经过管理服务机构的干涉由该成员自己独立完成，而对较为复杂的需要对资源进行操作和需要其它成员提供协作和帮助的任务，可以由管理服务机构进行统一管理和协调。成员需要将协作的任务提交给管理服务机构，再有管理服务机都将其分配给其分配给其它适当的成员，从而实现之间的协作。另外管理服务机构还负责实施组的部分和全部安全机制，包括认证、授权、加密、注册等。分布式组：分布式组中所有成员之间是平等关系，相互提供服务。各之间的任务的划分和分配、共享资源的分配和管理、冲突的协调、行为的一致性等，在遵循可能的社会规则和共享资源的管理策略的基础上，通过某种机制（例如基于市场的资源管理）等，由各之间通过彼此之间的相互作用和对所处环境的感知，运用其自身知识进行合理的判断和推理自己做出决策来实现，如图（）所示。分布式成员之间通常通过广播方式发布其能力、位置和协作请求来建立协作关系。分布式结构并不排存在某些成员拥有对其它成员的行为、意图进行监控、裁决和进行局部协调等，它与集中式管理服务机构是有所区别的。对于大范围和拥有众多成员的分布式组，通常借助一些中介服务机构（如中介、认证、黄页、代理、黑板等）保存和维护各成员的能力、位置和状态等信息。各成员通过中介服务机构发布各自的能力、寻找合适的合作伙伴，和实现安全认证、密钥管理等安全机制。中介服务机构可以是该组内的一个特殊的成员为该组专用，也可以是组外的公共中介服务机构为大范围的众多的组成员共同提供服务。分布式组中的中介服务机构华北电力大学硕士学位论文不同于集中式组中的管理服务机构。它对组成员只提供服务而不进行管理，不像管理服务机构那样具有改组整体目标、组内各成员以及系统当前环境较为丰富的知识，不对共享资源进行管理，不进行冲突检测和消解，也不能对组内的各成员的行为及其相互之间的影响和对整体行为的影响进行一定程度的推理、判断、协调和组织等。（）的组织结构是由多个组采用集中或分布方式组成的一个相互协作、相互作用、完成某些复杂任务或目标的系统。最简单的多系统可以由一个集中式或分布式组组成。小型的可以采用集中或分布方式再组织更大规模的。即允许的嵌套。与传统模块化程序系统相似，系统结构可以通过由上到下或由下到上两种方式进行组织和实现。根据中组的组成方式可以将分为完全集中式、完全分布式和混合式三类。多个组或小型的组成一个大型的，其目标就是多个组之间实现良好的协作关系，以完成更为复杂的任务和目标。因此，的研究重点是组与组的协作关系。多系统的研究无论是集中式还是分布式，为了完成共同的任务和目标，各成员就必须进行合作求解，而合作求解的首要前提是间的通信。在此基础上，还要解决各组之间的协商和规划问题。（）多的通信之间的通信和协作，是实现多系统问题求解所必需的。协作应当按照相应的策略和协议进行。通信可分为黑板系统和消息对话系统两种方式。黑板结构方式：黑板系统采用合适的结构支持分布式问题求解。在多系统中，黑板提供公共工作区，可以交换信息、数据和知识。首先，某个在黑板上写入信息项，然后，该信息项可为系统中的其他所用。各可以在任何时候访问黑板，查询是否有新的消息。可采用过滤器提取当前工作需要的信息。各在黑板系统中不进行直接通信。每个独立完成各自求解的资问题。黑板结构可用于任何共享系统和结果共享系统。如果黑板中的很多，那么黑板中的数据就会激增。各个在访问黑板时，需要从大量信息中搜索并提取感兴趣的信息。为了进行优化处理，黑板应为各提供不同的区域。消息对话通信：消息对话通信是实现灵活和复杂的协调策略的基础，各使用规定的协议相互交换信息，勇于建立通信和协调机制。面向消息的多系统中，发送把特定消息传送至另一（接收华北电力大学硕士学位论文）。与黑板系统不同，两之间的消息是直接交换的，执行中没有缓冲。如果不是发送给该的话，那么它就不能读该条信息。一般地，发送要为特定消息指定惟一的地址，然后只有该地址的才能读该条消息。为了支持协作策略，通信协议必须明确规定通信过程和消息格式，并选择通信语言。交换知识是特别重要的，所有相关必须知道通信语言的语义。（）多的协商协商（）是实现协同、协作、冲突消解和矛盾处理的关键环节，指具有不同目标的多个对其目标、资源等进行合理安排，以协调各自行为，最大程度的实现各自目标。有关多协商的关键技术可以概括为协商协议、协商策略和协商处理这个方面的内容。协商协议的主要研究内容是通信语言（）的定义、表示、处理和语义解释，是中最著名的一种语言【。协商策略是决策并选择协商协议和通信消息的策略。协商策略基本上可以分为类：单方让步、竞争型策略、协作型策略、破坏协商和拖延协商。后两类策略显然不利于推进协商进程，而单方让步策略只在协商陷入僵局或协商不再有意义时才起作用，所以只有竞争型和协作型策略才是有意义的。协商处理包括协商算法和系统分析两部分内容。协商算法用于描述在协商过程中的行为，包括通信、决策、规划和知识库操作等。系统分析的任务是分析和评价协商的行为和性能，回答协商过程中的问题求解质量、算法效率以及系统的公平性和死锁等问题。协商协议主要处理协商过程中间的交互，协商策略主要涉及内的决策和控制过程，而协商处理则侧重于对单个和多协商社会的整体协商行为的描述和分析。前两者描述了多协商的微观方面，而后者则刻画了多协商的宏观层。（）多的规划规划是连接精神状态与动作执行之间的桥梁，是反应性的具体表现。中的规划与经典规划不同，属于适应性规划（），需要反映出环境的持续变化。中的规划方法主要从两个不同的角度进行：、将规划看作是一种可以在世界状态间转换的抽象结构，典型地，如与或图；、将规划看作是一类复杂的精神状态。这两种方法艘是在一定程度上降低了经典规划中解空间搜索的代价，从而有效地指导了资源受限的