【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热交换器和网络化控制，具体涉及一种热交换器的协议依赖事件触发异步控制方法。
技术介绍
1、在实际工程中，许多信号和系统的动态信息都具有沿着时间和空间进行演化的特点。例如：热交换器的热传导过程中，温度是随着时间和空间位置而发生变化，图像信息和地震数据信息也是沿着时间和空间方向进行传输，这些实际系统都可以纳入二维系统范畴之中。
2、二维系统状态空间理论起源于上个世纪70年代，学者givone和roesser在研究迭代电路问题过程中建立了著名的roesser模型。得益于roesser型二维系统简便数学表达形式的建立，这为工业化实际场景中这类系统的应用打下了一定基础。例如：工业系统中常见的批处理过程，系统会沿着处理批次和时间两个方向进行信息更新。稳定性分析一直是控制理论的核心内容，就二维系统而言，常见的分析方法有频域与时域分析法。随着lyapunov理论的发展与不断完善，以及线性矩阵不等式约束的凸优化问题的兴起，研究者们更多的开始从时域的角度出发，基于状态空间理论进行二维系统的稳定性分析。
3、对于实际应用中的复杂二维系统，仅使用单一的微分或者差分方程已经难以精确描述其动态特性，切换系统应运而生。切换系统通常由多个子系统和一个决定子系统之间切换的切换律组成，切换律可大致分为随机切换和确定性切换。作为随机切换系统的一种，跳变系统由一系列互连的子系统组成，这些子系统对应不同模式，并在跳变规则支配下随机跳转于不同模式之间。这种系统非常适合对因意外组件故障而导致的参数发生随机突变的系统进行建模。此外，得益于
4、然而，当考虑网络化控制场景时，被控对象与其控制器通常位于不同的地理位置，信道不可避免地会面临网络诱导问题，导致控制器难以精确捕捉到系统模式信息而产生非同步切换。其次，通信资源受限而导致信道拥塞是网络化控制研究必须考虑的重要问题之一，为防止该问题出现，一种可行方式是通过制定合理的通信调度协议来分配信道使用权。常见协议有：随机接入协议、一次尝试丢失协议和轮询协议等。在这些协议调度下，信道在某一时刻允许单个节点接入，这显然是所有节点访问共享网络的一个极端情况。实际上，在未超过信道最大处理能力的情况下，共享网络可能容许更多节点进行数据传输。此外，考虑使用共享网络进行信号传输时，如何利用有限带宽资源来完成控制任务是网络化控制研究中必须考虑的另一重要问题，这对于信号传输量更大的二维系统来说更是毋庸置疑。
5、因此，有必要提出一种协议依赖事件触发异步控制方法，不仅能够解决多节点传输场景下的节点调度问题，并在通信资源受限情形下，减少不必要的数据传输，还能解决被控对象与其控制器之间的非同步切换问题，建立异步控制器使得二维闭环系统稳定。
6、如今也出现了一些关于网络化二维系统控制分析方法专利，例如专利技术专利名称为：一种欺骗攻击下二维系统的记忆型事件触发控制方法(申请公开日：2023年10月13号；申请号：202310832715.2)，该专利技术公开了一种欺骗攻击下二维系统的记忆型事件触发控制方法，该方法包括构建二维记忆事件触发机制；引入表征遭受欺骗攻击概率的数学模型；建立记忆性控制器以保证闭环系统的稳定性。该方法的不足之处在于并未考虑多节点传输场景的节点调度问题，实际上，在未超过信道最大处理能力的情况下，共享网络可能容许更多节点进行数据传输。一些研究指出，增加节点对信道访问可能有助于提高系统性能。
7、再如专利技术专利名称为：基于耗散性的金属轧制过程有限区域控制方法(申请公开日：2020年7月3号；申请号：201811378135.6)，该方法将金属轧制过程建模为二维系统，设计了二维系统的动态输出反馈控制器，使金属轧制系统满足有限区域有界性和有限区域二维(t-s-r)-δ-耗散性。针对网络通讯中存在的随机数据包丢失问题，解决了网络化控制中控制器和执行器不能实时更新导致的问题。该方法的不足之处在于考虑使用共享网络进行信号传输时，如何利用有限带宽资源来完成控制任务，事实上，对于信号传输量更大的二维系统来说，考虑这一问题更是毋庸置疑。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种热交换器的协议依赖事件触发异步控制方法，能有效解决多节点传输场景下的节点调度问题，并在通信资源受限情形下，减少不必要的数据传输；还能解决被控对象与其控制器之间的非同步切换问题，建立异步控制器使得二维闭环系统稳定。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用了以下技术方案：
3、一种热交换器的协议依赖事件触发异步控制方法，包括以下步骤：
4、考虑一类由偏微分方程描述的热交换器模型，并将其建模为roesser型二维离散系统；
5、在网络化传输场景中，针对多节点传输问题，开发了一种滑动窗口轮询协议，解决多节点传输情况下的节点调度问题；
6、考虑到多节点传输场景中，某一时刻上节点接入信道数量会成倍增加，为避免产生不必要更新数据，引入二维事件触发传输机制，降低数据传输率；
7、由于被控对象与其控制器常分布于不同的地理位置，使用共享网络进行信号传输会因通信资源受限而产生非同步模式切换，为刻画这一行为，设计了协议依赖事件触发异步控制器，构建了二维闭环系统；
8、基于lyapunov分析理论和解耦技巧，以线性矩阵不等式形式提出了二维闭环系统具有h∞扰动抑制水平的渐近均方稳定性判据，以及相应易于数值求解的协议依赖事件触发异步控制器设计方案。
9、其中，由偏微分方程描述的热交换器模型如下：
10、
11、式中，tx,t，x和t分别表示管道温度，空间和时间；表示第d个节点的控制输入(d＝1,2,3,...,f)；参数和分别是依赖于系统模式的实系数；实系数下标是受markov链控制的跳变参数；对于给定步长δx和δt，定义管道温度的差分形式，以及空间和时间的偏导数近似形式为：
12、
13、接着，通过对热交换器模型应用离散化，可以得到以下等式：
14、
15、定义和考虑四个节点执行滑动窗口轮询协议，并假设状态受到扰动wm,n影响，则上式可以重新表述为roesser型二维离散系统：
16、
17、
18、
19、其中和代表系统的水平和垂直状态；和分别是控制输入，外部干扰和测量输出；和是预先已知的系统矩阵，
20、
21、
22、
23、它们的变化依赖于在一个有限集合v1＝{1,2,...,v1}中取值的markov链两个双向转移概率矩阵和的概率分布分别由以下公式给出
24、
25、其中和分别表示水平和垂直方向的转移概率，对于任意模式i和j，i,j∈v1均满足以下条件
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【技术保护点】
1.一种热交换器的协议依赖事件触发异步控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的热交换器的协议依赖事件触发异步控制方法，其特征在于：步骤S1中热交换器的数学模型为：
3.根据权利要求1所述的热交换器的协议依赖事件触发异步控制方法，其特征在于，步骤S2的滑动窗口轮询协议给出一种多节点调度方案，即：
4.根据权利要求1所述的热交换器的协议依赖事件触发异步控制方法，其特征在于，步骤S3的引入二维事件触发传输机制，释放多节点传输场景中因冗余数据包所产生的信道负载压力：
5.根据权利要求1所述的热交换器的协议依赖事件触发异步控制方法，其特征在于，步骤S4的协议依赖事件触发异步控制器的设计如下：
6.根据权利要求1所述的热交换器的协议依赖事件触发异步控制方法，其特征在于，步骤S5的基于Lyapunov分析理论和解耦技巧，提出相应易于数值求解的协议依赖事件触发异步控制器设计方案，具体步骤包括：
【技术特征摘要】
1.一种热交换器的协议依赖事件触发异步控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的热交换器的协议依赖事件触发异步控制方法，其特征在于：步骤s1中热交换器的数学模型为：
3.根据权利要求1所述的热交换器的协议依赖事件触发异步控制方法，其特征在于，步骤s2的滑动窗口轮询协议给出一种多节点调度方案，即：
4.根据权利要求1所述的热交换器的协议依赖事件触发异步控制方法，其特征在于，步骤s...
【专利技术属性】
技术研发人员：周建平，马晓峰，陈庆，姜太平，邰伟鹏，
申请(专利权)人：安徽工业大学科技园有限公司，
类型：发明
国别省市：
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