بخشی از مقاله
بهینه سازي کارآیی درون ساختمان با استفاده از سیستم هاي هوشمند
چکیده
در این مقاله به توصیف معماري یک سیستم ساختمان هوشمند می پردازیم. این سیستم، سی م هوشمندي است که بر اساس شبکه هاي عصبی، سیستم هاي خبره و فن آوري عوامل مذاکره اي طراحی شده و براي بهینه سازي عملکرد مصرف برق از اتوماتاي یادگیر در این ساختمان هوشمند استفاده شده استبا. تبدیل یک ساختمان ساده به یک ساختمان پویا، این ساختمان نه تنها قادر به تطبیق خود با تغییر شرایط محیط خواهد بود بلکه عادات زندگی استفاده کننده، استانداردهاي آسایش و رضایت استفاده کننده را جلب خواهد کرد. نتایج بدست آمده امیدوار کننده است و ما را به تحقیق بیشتر در زمینه کاربردهاي هوش مصنوعی در سیستم اتوماسیون ساختمان سوق می دهد.
کلید واژه- اتوماتاي یادگیر، بهینه سازي، سیستم مزاکره ساختمان هوشمند، سیستم هاي خبره، شبکه عصبی.
-1 مقدمه
با توجه به آخرین تعاریف بیبرن المللی ثبت شده اي یک ساختمان هوشمند ، این ساختمان ، ساختمانی است که با تغییر شرایط در محیط خود بسیار سازگار است [1] اما ممکن است که در مفهوم آسودگی ، ایده انطباق با تغییر شرایط محیطی به اندازه کافی نباشد. سیستم هاي ساختمان به منظور فراهم نمودن شرایط زندگی راحت براي افرادي که درآنها زندگی می کنند، ساخته می شوند. گفته می شود که برداشت هاي شخصی افراد از وضعیت هاي راحتی ساختمان متفاوت است.ست احساس راحتی تا حدودي یک موضوعکت ی ا است و معمولا از مسائل فرهنگی تاثیر می پذیرد.
بنابراین، ایده این تحقیق پیدا کردن تکنیک هاي مبتنـی بـر هــوش مصــنوعی بــه منظــور ارائــه توصــیه هــاي طراحــی در سیستم هاي آسایش در ساختمان ها می باشد، به طوري که ایـن ساختمان ها از لحاظ شرایط آسـایش توسـط اسـتفاده کننـدگان خود بسیار مطلوب و سازگار شوند. در چند کلمه، یک سـاختمان باید "یاد بگیرد" که نه تنها کارآیی خود را به عنوان یـک تـابع از شرایط محیطی تغییـر دهـد، بلکـه بایـ د بـه عنـوان نتیجـه اي از تنظیمات تعیین شده توسط افرادي که در آن زندگی مـی کننـد، عمل کند.
اکثر پیشرفت هاي اخیـر در سیسـتم هـاي مـدیریت انـرژي ساختمان (BEMS) پیرو پیشرفت هاي ایجاد شـده در تکنولـوژي کامپیوتر، مثل الگـوریتم ژنتیـک و شـبکه هـاي عصـبی هسـتند. روش هاي دیگر نیز از جمله مدل هاي تجربی پیشنهاد شـده [2] ، قواعد فـازي زبـانی وزن دار [3-4] ، بهینـه سـازي تقلیـد [5] و کنترل تطبیقی آنلاین [6] وجود دارند.
-2 معرفی معماري
با توجه به آخرین رونـد در ایـن زمینـه، هـوش در معمـاري سی م هوشمند گفته شده در سیستم هاي ساختمان گرایش به توزیع شدن دارد .[7] معماري سیستم هوشمند در شکل 1 نشان داده شده است.[8] همچنین براي بهینه سازي مصرف بـرق بـین مشترکین ساختمان از روش اتوماتاادي ییر گ استفاده شده اسـت. در این معماري یک کامپیوتر اصلی وجود دارد که توابـع نظـارت، تجسم و اجراي پارامترها در آن استقرارافت ی ه انـد، در حـالی کـه توابع تنظیم دور از کنترل کننده محلی در سراسر سـاختمان [9] واقع شده اند. این کنترل کننده ها مسـئولیت نگهـداري وظـایف کنترل محل را در منطقه اي که کار می کننـد، بـه عهـده دارنـد. براي انجام این کار، کامپیوتر مرکزي شامل یک پایگا داده اسـت که اطلاعات مربـوط بـه تنظیمـات اسـتفاده کننـده سـاختمان را نگهداري می کند.
1
شکل :1 معماري سیستم هوشمند [8]
معماري سیستم هوشمند که در آن، عامـل مـذاکره مسـتقر شده در کامپیوتر اصلی اطلاعات موجود در پایگاه داده مورد نیـاز کاربر را براي یک اتاق معین به یک شبکه عصـبی از نقشـه هـاي خود سازمانی نوع [10] (SOM)، که در خوشـه نیازهـاي کـاربر و دور انداختن تمام گروه نیازهایی که از نظر شباهت بـه تنظیمـات خوشه اصلی نامربوط به کار می روند، اعمال می کند.
هنگامی که یک گروه یکتا از نیازها انتخاب می شـود، ارزش خود را به عنوان ورودي به یـک برنامـه کـه محـدودیت هـا و بـه علاوه مقدار متوسط براي یـک متغیـر محیطـی خـاص را فـراهم می کند، داده می شود. این مقدار بـه عنـوان مرجـع و یـا نقطـه تنظیم استراتژي هاي کنتـرل محلـی تنظـیم شـده توسـط یـک
ست سی م خبره که بر روي کامپیوتر اصـلی اجـرا مـی شـود، مـورد استفاده قرار می گیرد.ستاین سی م خبره براي تصـمیم گیـري در مورد استراتژي هاي کنترل براي فعال سازي، غیر فعـال سـازي و یا تنظیم بقیه کنترل کننده هاي فردي، استفاده می شود.
اطلاعات مربوط بـه سـکونت و تنظـیم شـرایط، و بـه عـلاوه مقادیر نهایی متغیرهاي محیطی، براي دستور دادن به یک شـبکه
عصبی چند لایه که نتایج مقادیر زیست محیطی ایده آل را تهیـه خواهد کرد، بکار می رود و در صورت نبود ساکن یا نبود اولویـت تعین شده مورد استفاده قرار می گیرد. به هر حال، آخرین امتیاز اختصاص یافته به متغیرهاي آسایش ارائـه شـده توسـط تحلیـل شرایط محیطی مورد نظر کاربر، بیش از هر محاسـبه خودکـار در این شرایط اولویت داده می شود.
-3 شرایط صرفه جویی
-1-3 صرفه جویی در مصرف برق
می دانیم که تولید و مصرف انرژي برق به صورت هـم زمـان می باشد و این انرژي غیر قابل ذخیره کردن است. در ایـن میـان مدیریت مصرف برق که به مجموعه اي از فعالیـت هـاي بـه هـم پیوسته بین صنعت برق و مشترکین آن به منظور بهینه سـازي و منطقی کردن مصرف برق اطلاق می گردد مطرح می شود.[11]
در این مقاله با به کارگیري یـک سیسـتم مـدیریت مصـرف الکتریکی بر پایه اتوماتاي یادگیر، سعی در کاهش مصرف و توزیع
بار مناسب و بهینه برق بین مشترکین در یک ساختمان هستیم. این معماري با نام PMLA معرفی شده است[11] که یکـی از
اهـداف آن بهینـه سـازي مصـرف انـرژي بـرق از طریـ ق اعمـال خاموشی به مصرف کنندگانی است که رفتـاري خـارج از الگـوي مصرف دارند. پـس از اعمـال خاموشـی از کـاربر مربوطـه امتیـاز گیري به عمل می آید. ایـن امتیـاز مبنـاي پـاداش و جریمـه بـه اعمال اتوماتاي یادگیر اسـت. اتوماتـاي یـادگیر مـورد نظـر یـک ماشین با حالات محدود است که می تواند تعداد محدودي عمـل را انجام دهد.هر عمـل انتخـاب شـده، توسـط محـیط سـاختمان هوشمند ارزیابی شده و پاسخی به اتوماتاي یادگیر داده می شود. اتوماتاي یادگیر از این پاسخ استفاده نموده و عمل خـود را بـراي مرحله بعد انتخاب می کند.
در طی این فرایند، اتوماتاي یادگیر فرا می گیرد که چگونه بهترین عمل را از بین اعمال مجاز خود انتخاب نماید. این معماري شامل 4 لایه در بخش هاي ICMS و IDMS می باشد که به ترتیب براي مدیریت هوشمند شبکه مصرف و توزیع الکتریکی به کار می رود . اجزاي استفاده شده در این طرح شامل شبکه حسگر و سرویس دهنده هوشمند میباشد که به شرح زیر در تعامل میباشند. سرویسدهنده کنترل هوشمند براي جمعآوري وضعیت هاي سیستم (شرایط اتاقها و حالتهاي سنسورها) و انجام تصمیمهاي صرفهجویی انرژي مورد استفاده قرار میگیرد. ساختمان هوشمند را میتوان توسط سهتاییE نشان داد که در آن α={ α 1, α 2,…, α r}مجموعه وروديها، β={β1,…,βm} مجموعه خروجیها و ≡{α,β,c}c={ c 1,…, c r} مجموعه احتمالهاي جریمه است. در این خانه βi(n)=1 را به عنوان پاسخ منفی یا شکست و βi(n)=0 را به عنوان پاسخ مثبت یا موفقیت فرض می کنیم.
شکل :2 اتوماتاي یادگیر
در این اتوماتا از الگوریتم یادگیر خطـی زیـر اسـتفاده شـده است. در این الگوریتم، هـر وسـیله مصـرف کننـده در سـاختمان هوشــمند، مجهــز بــه یــک اتوماتــاي یــادگیر بــا r عمــل{α 1, α 2,…, α r }) است که r تعداد اعمال متنـاظر بـا اتوماتـاي یادگیر می باشد. بردار P ، بردار احتمال انتخاب اعمـال اتوماتـاي یادگیر می باشد.
الف) پاسخ مطلوب
Pi(n+1)=Pi(n)+a[1-Pi(n)] Pi(n+1)=(1-a)Pj(n) for j<>i
ب) پاسخ نامطلوب
Pi(n+1)=(1-b)Pi(n) Pj(n+1)b/r-1+(1-b)Pj(n) for j<>i
در روابط فوق، a پارامتر پاداش و b پارامتر جریمه است.
در زمان شروع برنامه کنترل بـار، سـرویس دهنـده کنتـرل، مجموع مصـرف بـار الکتریکـی وسـایل را محاسـبه مـی کنـددر. صـورت بیشـتر بـودن از طرفیـت اعـلام شـده از سـوي IDMS، سناریوهاي کاهش مصرف توسط سرویس دهنده هوشـمند اجـرا می شود. این سناریوها در واقع الگوریتم هایی هستند که با توجه به وضعیت خاموش و روشن بودن مصرف کننده هـا و حضـور یـا عدم حضور افراد در اتاق اجرا خواهند شد.
پس از اجراي هر کدام از سناریوها یک درخواست مبتنی بر پذیرش یا عدم پذیرش تصمیم اتخـاذ شـده، بـه کـاربر فرسـتاده می شود. این پاسخ ارسال شده توسط کاربر بـه اتوماتـاي یـادگیر فرستاده می شود. این پاسخ به صورت عـددي بـین صـفر و یـک بوده و رضایت کاربر از فرمان صادر شـده را معـین مـی کنـددر.
صورت استفاده کاربر از یک وسیله پرمصرف در سـاعات اوج بـار، باید به اندازه توان الکتریکی وسیله پر مصـرف، از میـزان مصـرف خانه کاسته شود. در این صـورت تعـداد وسـایل مصـرف کننـده الکتریکی داخل خانه برابر K می باشد. هر وسیله مصـرف کننـده داراي یک ضریب اولویت ویژه به نام w می باشد که عـددي بـین صفر و یک است. این ضرایب به صورت پویـا توسـط کـاربر قابـل
