一種多代理數(shù)據(jù)分析集成的電力推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定性分析方法

董金鑫，江蓮

（92337部隊(duì)，遼寧大連 116023）

0 引言

多代理系統(tǒng)源于人工智能領(lǐng)域，用于解決多種搜索算法的集成,目前已廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域，取得了良好效果。代理是對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的抽象，它能夠在一定的環(huán)境中為滿足其目的而采取一定的自主行為[1]，可以較好地解決綜合數(shù)據(jù)分析中多方法集成難題。

電力推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定性分析是根據(jù)特定的分析目的，選擇多種分析方法，分析主要影響因素及影響程度的過(guò)程。針對(duì)數(shù)據(jù)分析方法多樣、數(shù)據(jù)異構(gòu)、層次復(fù)雜的特點(diǎn)，采用多代理系統(tǒng)作為抽象的框架，將數(shù)據(jù)分析方法封裝成代理，每個(gè)代理作為數(shù)據(jù)分析步驟中獨(dú)立的個(gè)體，圍繞數(shù)據(jù)分析目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，代理管理員通過(guò)方法工具包管理各個(gè)代理，制定競(jìng)爭(zhēng)、協(xié)作、并行機(jī)制使之相互協(xié)調(diào)運(yùn)行，共同完成求解過(guò)程，最終輸出分析結(jié)果。

1 基于多代理的數(shù)據(jù)分析集成方法

1.1 方法結(jié)構(gòu)

多代理動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析集成方法采用多代理系統(tǒng)作為抽象的框架，設(shè)置代理管理員并賦予其智能決策能力，代理管理員能夠通過(guò)調(diào)用方法工具包中各個(gè)算法的特征信息，依據(jù)用戶選擇制定動(dòng)態(tài)集成方案；將數(shù)據(jù)分析方法封裝成代理，代理具有有限的智能性，每個(gè)代理作為數(shù)據(jù)分析過(guò)程中獨(dú)立的個(gè)體，自主完成代理管理員交付的特定任務(wù)，依據(jù)競(jìng)爭(zhēng)、協(xié)作、并行機(jī)制與其它代理交叉、協(xié)調(diào)運(yùn)行，共同完成求解過(guò)程，最終輸出分析結(jié)果。多代理動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析集成方法可表示為描述為：

X={數(shù)據(jù)緩存區(qū)，代理，代理管理員，方法工具包，數(shù)據(jù)分析目標(biāo)，運(yùn)行機(jī)制，運(yùn)行規(guī)則}

數(shù)據(jù)緩存區(qū)：用于各代理寫(xiě)入和讀取中間計(jì)算數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果。

代理：封裝單一的數(shù)據(jù)分析算法。

方法工具包：記錄方法的各種特征，提供給代理管理員進(jìn)行決策，得出動(dòng)態(tài)集成方案。

代理管理員：根據(jù)各代理的特征制定求解過(guò)程運(yùn)行方案，并根據(jù)運(yùn)行機(jī)制與規(guī)則管理求解過(guò)程的運(yùn)行。

數(shù)據(jù)分析目標(biāo)：在求解過(guò)程初始，由代理管理員下達(dá)給各個(gè)代理。

運(yùn)行機(jī)制：用于協(xié)調(diào)各代理之間運(yùn)行、解決沖突提高效率的運(yùn)行規(guī)范。

運(yùn)行規(guī)則：代理管理員和代理自主運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)流程[2]。

多代理動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析集成方法結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 多代理動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析集成結(jié)構(gòu)圖

1.2 基于多代理的動(dòng)態(tài)集成方案

多代理動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析算法集成方法的特點(diǎn)是在多代理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)置方法工具包，代理管理員調(diào)用方法工具包中信息，得出動(dòng)態(tài)集成方案，以解決動(dòng)態(tài)集成的沖突及效率問(wèn)題。方法工具包中記錄了每種方法的特性，精確描述每種數(shù)據(jù)分析算法的功能，定義了方法之間的區(qū)別與聯(lián)系。同時(shí)提供方法識(shí)別字段，記錄多個(gè)方法之間的上下層調(diào)用關(guān)系，避免了因用戶多項(xiàng)算法選擇而帶來(lái)的執(zhí)行順序紊亂。用戶只須選擇數(shù)據(jù)分析相應(yīng)的方法，不用考慮數(shù)據(jù)分析算法之間運(yùn)行的順序與流程，數(shù)據(jù)分析算法的運(yùn)行對(duì)于用戶而言是透明的，與現(xiàn)有技術(shù)相比減少了對(duì)用戶數(shù)據(jù)分析專業(yè)知識(shí)的限制；新添加的數(shù)據(jù)分析算法只需經(jīng)過(guò)封裝，成為獨(dú)立運(yùn)行的個(gè)體，封裝代理的過(guò)程對(duì)于數(shù)據(jù)分析算法而言除了需要提供數(shù)據(jù)接口外沒(méi)有特殊要求，因此具有良好的透明性、開(kāi)放性。方法工具包格式如表1所示。

為了提高動(dòng)態(tài)集成方案的執(zhí)行效率，代理管理員通過(guò)調(diào)用方法評(píng)價(jià)表，運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法計(jì)算執(zhí)行方案中各方法的效率，數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法[3]（DEA）的投入為該種方法的精度、速度、復(fù)雜程度，產(chǎn)出為用戶滿意度，分別計(jì)算用戶選擇的每一種方法的效率，效率值最高的為最終確定的方法，依據(jù)計(jì)算結(jié)果修改執(zhí)行方案。方法評(píng)價(jià)表在系統(tǒng)維護(hù)時(shí)根據(jù)用戶反饋的實(shí)際情況實(shí)時(shí)更新。

?

1.3 數(shù)據(jù)分析算法代理運(yùn)行機(jī)制

a）協(xié)作機(jī)制

數(shù)據(jù)分析算法中有些是存在依賴關(guān)系，封裝了此類方法的代理之間相遇時(shí)，采用協(xié)作機(jī)制，共同完成一定的數(shù)據(jù)分析任務(wù)。代理1開(kāi)始執(zhí)行數(shù)據(jù)分析任務(wù)時(shí)，將計(jì)算過(guò)程數(shù)據(jù)輸出至緩存區(qū)，然后進(jìn)入等待模式，協(xié)作代理通過(guò)讀取數(shù)據(jù)緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)完成負(fù)責(zé)部分的計(jì)算任務(wù)，輸出結(jié)果至緩存區(qū)，原代理調(diào)用其結(jié)果完成剩余數(shù)據(jù)分析任務(wù)。原理如圖4所示。

表2 方法評(píng)價(jià)表

圖2 協(xié)作機(jī)制原理圖

a）競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制

數(shù)據(jù)分析算法中有些是主要圍繞同一分析目標(biāo)的不同求解方法，它們之間沒(méi)有依賴關(guān)系，每種方法有自身的特點(diǎn)，并且在精度、復(fù)雜程度、速度等方面有不同側(cè)重。封裝了此類方法的代理之間相遇時(shí)，采用競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，根據(jù)數(shù)據(jù)分析目標(biāo)的需求，通過(guò)代理管理員比較每種方法的優(yōu)劣，最終確定選擇哪種方法；或者通過(guò)代理管理員賦予每種方法各自的權(quán)重，多種方法一并使用，取多方法計(jì)算結(jié)果的加權(quán)平均值。原理如圖3所示。

c）并行機(jī)制

根據(jù)不同分析目的所采用的多種數(shù)據(jù)分析算法之間適用并行機(jī)制。每種方法完成特定的分析功能，分屬整個(gè)數(shù)據(jù)分析任務(wù)的一部分，相互之間不依賴也不競(jìng)爭(zhēng)，按照用戶選擇的先后順序執(zhí)行。原理如圖4所示。

2 電力推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定性分析

2.1 電力推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定性分析多代理結(jié)構(gòu)

采用JATLite多代理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，使用ACL底層通信語(yǔ)言，構(gòu)建電力推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定性分析多代理系統(tǒng)。整個(gè)數(shù)據(jù)分析過(guò)程分為兩個(gè)部分，一是采用定性分析方法，提取多個(gè)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的主成分，確定主要參數(shù)；二是采用方差分析方法，定量分析主要參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化對(duì)電力推進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響程度，分層抽象后得到組成數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的四個(gè)Agent，其體系結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖3 競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制原理圖

圖4 并行機(jī)制原理圖

圖5 電力推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定性分析多代理結(jié)構(gòu)圖

上述四個(gè)代理及管理員的在數(shù)據(jù)分析過(guò)程中 的行為集如表3所示。

表3 各Agent行為集

表4 主成分列表

2.2 主成分分析代理計(jì)算過(guò)程

在電力推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)中選擇具有代表性的 14個(gè)，包含電流、電壓、溫度等。以某轉(zhuǎn)速條件下記錄的545組數(shù)據(jù)作為例，運(yùn)用主成分分析法，進(jìn)行主成分提取，分析結(jié)果如表4所示。當(dāng)特征值小于1的主成分對(duì)于變量的解釋力度小于原變量，因此只取前4個(gè)主成分。表中數(shù)據(jù)顯示提取至第4個(gè)主成分時(shí)累積貢獻(xiàn)率達(dá)到95%，符合特征提取要求，即通過(guò)分析將14個(gè)變量概括為4個(gè)綜合變量。

表5 因子負(fù)荷矩陣表

各主成分的因子系數(shù)如表5所示，通過(guò)表中數(shù)據(jù)可將主成分表示成各個(gè)變量的線性組合，如第一個(gè)主成分的公式為：

2.3 方差分析代理計(jì)算過(guò)程

應(yīng)用主成分分析結(jié)果，將代表電力推進(jìn)分析系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定性的4個(gè)綜合變量進(jìn)行方差分析，得出數(shù)據(jù)分析結(jié)果如表6所示。

由表中數(shù)據(jù)可以看出，4個(gè)綜合變量的方差除主成分 2外，均值小于 10（主成分 2方差均值為13.9，與其它值較為接近），方差波動(dòng)范圍較小。因此，依據(jù)統(tǒng)計(jì)推斷經(jīng)驗(yàn)，該電力推進(jìn)系統(tǒng)在此組數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)段運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。

3 結(jié)束語(yǔ)

按照本文方法提取 14個(gè)變量的主成分后，計(jì)算各變量中的信息被提取出的比例，如表7所示。除前后勵(lì)磁電流尚有約15%的信息未被提取外，其余12個(gè)變量的信息均被提取至93%以上，證明該方法將14個(gè)變量概括為4個(gè)綜合變量，信息提取比較充分。方差計(jì)算結(jié)果中，4個(gè)主成分的顯著性差異值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 1，從統(tǒng)計(jì)意義上證明，方差分析結(jié)果與電力推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定性情況一致。

表6 方差分析表

表7 公因子方差比

本文在電力推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定性分析中，運(yùn)用多代理數(shù)據(jù)分析方法集成技術(shù)，封裝主成分分析與方差分析算法，定性分析影響電力推進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要參數(shù)，量化了影響程度，攻克了定量類算子和定性類算法交叉應(yīng)用的難題，實(shí)現(xiàn)了海量、異類數(shù)據(jù)分析的透明、開(kāi)放和高效。

[1] 焦健, 趙廷弟, 尹樹(shù)悅. 基于Agent的飛機(jī)使用可用度仿真論證[J]. 航空維修與工程, 2010, （ 1）: 51-53.

[2] 范玉順, 曹軍威. 多代理系統(tǒng)理論方法與應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社. 2002: 6-7.

[3] 吳德勝. 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析若干理論和方法研究[D]. 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2006: 13.