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基于MAS的故障诊断系统自适应模型与协作机制研究

作　者: 鹿婷婷
导　师: 陈俊杰
学　校: 太原理工大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 故障诊断多Agent系统(MAS) 协作机制合同网协议自适应模型
分类号: TH165.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着现代工业的迅速发展,机械设备的规模越来越庞大,自动化程度越来越高,集成化管理方式也越来越普遍,一旦设备出现问题将会带来重大的事故和巨大的财产损失。传统的采用简单仪器和人工经验的方法己不能满足现代复杂设备的故障诊断。近年来,机械故障诊断技术在国内外受到高度的重视,在机械学、通信学、计算机学和人工智能等科学的基础上迅速发展成为一门新兴学科。利用智能系统对设备进行故障诊断,及时发现故障,以保障关键设备的正常运行具有重大的意义。MAS(多Agent系统)作为一种良好的解决分布式问题的技术,其方法和理论在很多领域都有广泛应用。针对现代机械故障诊断系统的复杂性、分布性和动态性,MAS能利用模块化的设计思想和并行的分布式处理技术,将复杂的系统分解成相对独立的子系统,而后通过各Agent的交互和协作共同完成相对复杂的任务。当然,复杂机电设备诊断的过程中会出现大量新的信息和知识,面对动态的诊断环境,MAS故障诊断系统必须能适应其周围环境,根据不同的诊断对象构建相应的模型。因此,研究自适应的诊断模型有着很重要的理论和现实意义。一个好的多Agent系统,必须有良好的协作机制的支持。多Agent间的协作问题研究是伴随着多Agent系统的出现就产生的。协作不仅能使整个系统解决问题的能力得到提高,而且增加了多Agent系统的灵活性。针对系统的分布性特征,本文选择了基于合同网的协作机制,并且在传统合同网的基础上,提出了一种改进的合同网模型PC-CNP (Postpone Commitement-Contract Net Protocol,推迟确认的合同网协议),改善了传统合同网在资源分配和通信问题上缺陷。实验证明,在基于PC-CNP的协作机制下,任务完成效率明显高于基于传统合同网的机制。本文以某大型选煤厂的复杂机电设备为背景,建立了基于MAS的故障诊断自适应模型AMFD (Adaptive Model in Fault Diagnosis)。该模型的层次结构与复杂机电设备的层次化组织特点相匹配,同时具有分布性和自适应性,能够根据诊断对象的变化,通过在拓扑结构、Agent组织、诊断流程和知识领域方面的重构,从而得到优化的诊断系统。为了规范系统的描述,本文采用BNF(巴科斯范式)形式化语言对该AMFD的结构组成等方面进行了形式化定义。最后,在JADE平台上实现了AMFD的原型系统,其中,其动态的知识管理和层次化的体系结构使增强了系统可扩展性和可伸缩性。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 选题背景及意义  10-12
    1.1.1 选题背景  10-11
    1.1.2 基于MAS的故障诊断及多Agent协作研究的目的及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
    1.2.1 基于MAS的分布式智能故障诊断研究现状  12-13
    1.2.2 基于合同网的多Agent协作方法研究现状  13-14
  1.3 课题研究内容及组织结构  14-16
    1.3.1 课题研究内容  14-15
    1.3.2 论文组织结构  15-16
第二章 MAS的自适应性和协作机制  16-26
  2.1 MAS概述  16-21
    2.1.1 智能Agent  16-20
    2.1.2 MAS的结构及其特点  20-21
  2.2 自适应MAS  21-22
    2.2.1 自适应系统介绍  21-22
    2.2.2 基于MAS的故障诊断自适应性的表现方面  22
  2.3 多AGENT间的协作  22-25
    2.3.1 Agent间的相关性  23
    2.3.2 多Agent间的协作  23-24
    2.3.3 多Agent的协作方法  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章改进的基于PC-CNP的协作研究  26-48
  3.1 基于CNP的协作方法  26-28
    3.1.1 基于CNP的节点结构  26
    3.1.2 传统CNP的运行过程  26-27
    3.1.3 传统CNP的协作流程  27-28
  3.2 基于PC-CNP的协作诊断策略研究  28-39
    3.2.1 传统CNP的不足  28-30
    3.2.2 CNP的改进方案  30-31
    3.2.3 基于PC-CNP的时序图  31-33
    3.2.4 智能参数的设计  33-36
    3.2.5 双层策略库的引入  36-37
    3.2.6 基于PC-CNP的诊断协作流程  37-39
  3.3 基于PC-CNP协作实验仿真分析  39-46
    3.3.1 仿真环境Repast  39-40
    3.3.2 信息的格式标准  40-41
    3.3.3 仿真模型设计  41-45
    3.3.4 仿真结果比较  45-46
  3.4 本章小结  46-48
第四章基于MAS的自适应故障诊断系统模型  48-66
  4.1 基于MAS的故障诊断自适应模型的建立  48-52
    4.1.1 层次化模型及组织结构描述  48-51
    4.1.2 AMFD的建立步骤  51-52
  4.2 AMFD的工作流程及各AGENT功能结构  52-56
    4.2.1 AMFD的工作流程  52-53
    4.2.2 AMFD中各Agent功能结构  53-56
  4.3 基于JADE平台的AMFD的实现  56-64
    4.3.1 AMFD的开发环境  56-58
    4.3.2 某选煤厂的AMFD原型系统功能的设计  58-60
    4.3.3 某选煤厂的AMFD原型系统的实现  60-64
  4.4 本章小结  64-66
第五章结论与展望  66-68
  5.1 本文的主要工作和结论  66
  5.2 存在的问题及今后的研究方向  66-68
参考文献  68-72
致谢  72-74
攻读学位期间发表的学术论文  74

基于MAS的故障诊断系统自适应模型与协作机制研究

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