每区一个智能体:去中心化主动推理控制多区暖通空调

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研究提出一种去中心化控制器,为每个区域分配独立的主动推理智能体,通过最小化期望自由能进行规划并在线学习本区动态。智能体之间不交换消息,不依赖同伴或协调者,各自通过潜在扰动和由其他楼层计量功率导出的拥塞信号来应对未观测到的耦合。在 EnergyPlus 的 Sinergym 办公楼上,15 个智能体与三种规则控制器和三种 MADDPG 方案对比,在五个训练未见过的噪声气象年上取得最低建筑峰值均值 88.3 kW,比基线低 3% 至 17%,重合因子 0.929。整个智能体群运行在一块 Raspberry Pi 5 上,通过 MQTT 闭环延迟 p95 为 442 ms。

全文梳理

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共享资源下的控制难题

多区暖通空调控制是一个共享资源问题:同一楼层的多个区域共用一台风机和冷却盘管,因此每个区域的需求会波及相邻区域,也影响整栋建筑的峰值功率。若为每个区域配置一个控制器,扩展性好且故障隔离,但每个控制器只能观测自己区域,看不到共享的空气回路。论文针对这一矛盾提出去中心化方案,把每个区域交给一个独立的主动推理智能体,智能体通过最小化期望自由能来规划,并在线学习本区域的动态。

无通信的耦合处理

这些智能体之间不传递任何消息,因此不依赖同伴,也不需要协调者。对于无法观测到的耦合,每个智能体用两个手段来间接应对:一是潜在扰动,二是从其他楼层计量功率中导出的拥塞信号。这样每个智能体在只掌握本区信息的前提下,仍能对共享资源带来的影响作出反应。

评测设置与对比对象

实验在 EnergyPlus 的 Sinergym 办公楼上进行,共评估 15 个智能体,对照三种规则控制器和三种 MADDPG 方案,其中一种 MADDPG 被提供了相同的楼层计量数据。测试使用五个训练阶段未见过的噪声气象年,以检验方案在陌生条件下的表现。

峰值、能耗与硬件表现

在五个噪声气象年上,该智能体群取得最低的建筑峰值均值 88.3 kW,比基线低 3% 至 17%,楼层峰值错峰效果优于所有基线,重合因子为 0.929,而基线在 0.936 至 0.994 之间。与舒适度相近的反应式规则相比(0.912 对 0.916),它把按月计费的月度峰值之和每年降低 33 kW(4%),代价是能耗增加约 10%。其年度成本比主动式规则低 9%(后者舒适度更低),比获得相同楼层计量数据的 MADDPG 方案低 1%。整个智能体群运行在一块低成本 Raspberry Pi 5 上,通过 MQTT 完成观测到动作的闭环,p95 延迟 442 ms,远低于 15 分钟的控制步长。

为什么值得看

展示多智能体去中心化控制在真实楼宇暖通场景的落地效果,含峰值、能耗与边缘硬件延迟的具体数据。

智能体

信源1 家

  1. [1]arXiv cs.AI一手信源One Agent per Zone: Decentralised Active Inference under Partial Observability for Multi-Zone HVAC Control on Edge Hardware

关键事实

  • 每个区域分配一个独立主动推理智能体,通过最小化期望自由能规划并在线学习本区动态[1]

  • 智能体之间不交换消息,通过潜在扰动和由其他楼层计量功率导出的拥塞信号应对未观测耦合[1]

  • 15 个智能体在 EnergyPlus 的 Sinergym 办公楼上与三种规则控制器和三种 MADDPG 方案对比[1]

  • 在五个训练未见过的噪声气象年上,建筑峰值均值 88.3 kW,比基线低 3% 至 17%,重合因子 0.929[1]

  • 整个智能体群运行在一块 Raspberry Pi 5 上,MQTT 闭环延迟 p95 为 442 ms[1]

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