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本文研究的目的和主要内容
发布时间:2014-06-01 19:14 来源:未知
1.3.1  本文研究的目的
本论文课题研究的目的是:通过对人工智能理论(包括专家系统理论、模糊集理论、粗糙集理论及分布式人工智能理论)及实现技术的研究,建立一个基于Multi-Agent 理论的分布式污水处理智能化系统,以实现污水处理过程的智能控制、难测工艺参数的软测量、处理过程实时异常现象故障诊断、冲突消解等智能化系统的功能  ;同时为 Multi-Agent 理论的实用化探索出一条切实可行的技术途径。
1.3.2  本文研究的主要内容
本文针对我国污水处理智能控制研究长期停留在针对某单一参数或某一反应器的控制的现状,提出利用分布式人工智能理论建立基于 Multi-Agent 的污水处理过程分布式智能化系统的新构想,力图综合采用多种智能方法(包括 Multi-Agent理论,模糊集理论,人工神经网络理论,专家系统理论,粗糙集理论等),寻求整个污水处理系统的运行管理、控制过程优化。具体研究内容如下:
①  通过对 Agent 及 MAS 理论的研究,针对污水处理系统的特点,分析构建分布式污水处理智能化系统的必要性和可行性;开展基于 Multi-Agent 的分布式污水处理智能化系统体系结构的研究,其中包括:
1)污水处理 Multi-Agent 智能化系统层次结构的研究;
2)Multi-Agent 系统中各 Agent 内部逻辑结构及功能的研究;
3)基于 Multi-Agent 的分布式活性污泥法污水处理智能化系统结构的研究;
4)污水处理 Multi-Agent 智能化系统与自动控制系统集成技术的研究;
②  基于 Multi-Agent 的分布式污水处理智能化系统的实现技术研究。为保证Multi-Agent 系统的开放性,使异构 Agent 之间能够进行互操作,选择 FIPA 标准作为本项目开发中遵循的标准,JADE3.2 作为系统开发平台。实现技术研究内容主要17包括:  1)FIPA 标准体系结构研究;2)FIPA 标准的规范集合研究;3)FIPA 标准的通信语言选择;4)FIPA 标准的 Multi-Agent 通信机制研究等。     
③  故障诊断 Agent 的研究及实现。通过分析活性污泥污水处理过程的异常现象和解决对策,运用模糊专家系统理论,对故障诊断 Agent 的知识表达和推理机制进行研究,并采用 Fuzzy JESS 专家系统开发工具,实现活性污泥法污水处理系统故障诊断 Agent。
④  软测量 Agent 的研究与实现。针对污水处理过程有许多无法直接在线测量或测量滞后很大而难以控制的关键变量的状况,提出基于人工神经网络的污水处理参数软测量方法。为提高网络的实时性、有效性,引入粗糙集理论作为神经网络输入数据的预处理方法,实现基于粗糙集-神经网络的污水处理难测水质参数的软测量。通过在某城市污水厂测量 SVI 的实际应用,测量结果表明,该软测量模
型测量精度较高,其相对误差平均值 1.44%,最大值 2.87%,RMSE 为 4.429。特别是与未采用粗糙集预处理的模型相比,大大降低了输入数据的维数,减少了神经网络的训练时间及训练步数,有利于软测量模型的实用化。
⑤  执行 Agent 的研究与实现。通过传统活性污泥法工艺运行控制特性分析,提出建立曝气池 DO 控制 Agent、污泥回流控制 Agent 和排泥控制 Agent 共 3 个执行 Agent,并分别采用模糊控制、PID 控制和排泥量控制方法予以实现。将曝气池 DO 控制 Agent 用带延时一阶惯性环节、带延时二阶惯性环节等具有工业过程的特性的典型环节仿真,结果表明该模糊控制器不仅对被控对象参数变化适应能力强,而且在对象模型结构发生较大改变的情况下,也能获得较好的控制效果,从而验证了该控制器用于实际 DO 控制时的适应性。
⑥  冲突消解 Agent 的研究及实现。Agent  之间相互作用是 MAS 的一个重要特征,相互作用过程中 Agent 间发生冲突不可避免。Agent 之间正是通过一定的协调、冲突消解才能完成对整个问题的求解。通过分析活性污泥法污水处理过程中,各 Agent 的作用可能产生的冲突及其识别方法,提出本系统中冲突消解策略,并实现冲突消解 Agent。
⑦  数据服务 Agent 的研究及实现。数据服务 Agent 的功能是为其它 Agent 提供统一、灵活的访问实时数据库的接口,通过对 Hibernate  与 Spring framework 数据库访问技术的研究,实现数据服务 Agent。
⑧  通信是实现 Agent 间交互和社会组织的基础,是 Multi-Agent 系统研究的重要问题之一。通过 Agent 通信模式的分析,确定本智能化系统 Agent 间的通信模式;通过对通信协议、通信方式、通信内容和通信策略的研究,确定智能化系统Agent 通信的实现方法。