Симуляция автоматических систем климат-контроля
В этом примере показано, как симулировать работу автоматической системы климат-контроля в автомобиле с помощью Simulink® и Stateflow®. Можно ввести температурное значение, которого вы хотели бы, чтобы воздух в автомобиле достиг путем двойного щелчка по User Setpoint in Celsius Block и ввода температурного значения. Можно также установить Внешнюю Температуру в Цельсия похожим способом. Числовое отображение на правой стороне модели показывает чтение датчика температуры, помещенного позади верхней части драйвера. Это - температура, которую должен чувствовать драйвер. Когда модель запущена, и управление климатом активно, это - это поле отображения, значение которого изменяется, чтобы показать изменение температуры в автомобиле.
Рисунок 1: автоматическая система климат-контроля
Контроллер Stateflow®
Контрольный контроллер реализован в Stateflow. Двойной щелчок по диаграмме Stateflow показывает, как эта логика диспетчерской управляющей системы была сформулирована.
Состояние Heater_AC показывает, что, когда вы вводите заданную температуру, которая больше текущей температуры в автомобиле по крайней мере на 0,5 градуса C, система нагревателя будет включена. Нагреватель останется активным, пока текущая температура в автомобиле не будет в 0,5 градусах заданной температуры. Точно так же, когда пользователь вводит заданное значение, которое составляет 0,5 градуса C (или больше) ниже, чем текущая автомобильная температура, кондиционер включен и остается активен, пока температура воздуха в автомобиле не в 0,5 градусах C заданной температуры, после которой, система выключит. Мертвая зона 0,5 градусов была реализована, чтобы избежать проблемы непрерывного переключения.
В состоянии Вентилятора, чем больше различие между заданной температурой и текущей температурой, тем тяжелее удары вентилятора. Это гарантирует, что температура достигнет необходимого значения за разумное количество времени, несмотря на перепад температур. Еще раз, когда температура воздуха в автомобиле в 0,5 градусах C заданной температуры, система выключит.
Воздушным Распределением (AirDist) и Воздушными состояниями Переработки (Recyc_Air) управляют два переключателя, которые инициировали диаграмму Stateflow. Внутренний переход был реализован в этих двух состояниях, чтобы упростить эффективное размораживание окон при необходимости. Когда состояние размораживания активируется, воздух переработки выключен.
Рисунок 2: логика диспетчерской управляющей системы в Stateflow
Нагреватель и модели кондиционера
Модель нагревателя была создана от уравнения для обменника нагревателя, показанного ниже:
Tout = Ts - (Ts-Tin)e^[(-pi*D*L*hc)/(m_dot*Cp)]
Где:
Ts = постоянный (температура излучателя стенки)
D = 0.004 м (диаметр канала)
L = 0.05 м (толщина излучателя)
N = 30000 (Количество каналов)
k = 0,026 Вт/мК = постоянный (теплопроводность воздуха)
CP = 1007 J/kgK = постоянный (удельная теплоемкость воздуха)
Ламинарное течение (hc = 3.66 (k/D) = 23.8 W/m2K)
Кроме того, эффект откидной створки нагревателя учтен. Подобно операции вентилятора, чем больше перепад температур между необходимой заданной температурой и текущей температурой в автомобиле, тем больше откидная створка нагревателя открыт и большее нагревающийся эффект.
Модель кондиционера была создана от уравнения ниже:
y* (w*Tcomp) = m_dot* (H-4-h1)
Где:
y = КПД
m_dot = массовый расход жидкости
w = скорость механизма
Tcomp = крутящий момент компрессора
H-4, h1 = энтальпия
Здесь мы имеем контроль скорострельного оружия над системой счета, где температура воздуха, который выходит из счета, определяется крутящим моментом компрессора и скоростью вращения двигателя.
Рисунок 3: подсистема управления Нагревателем
Рисунок 4: подсистема управления счетом
Теплопередача в каюте
Температура воздуха, который чувствует драйвер, затронута всеми этими факторами:
Температура воздуха, выходящего из вентиляторов
Температура внешнего воздуха
Количество людей в автомобиле
Этими факторами являются входные параметры в термодинамическую модель внутренней части каюты. Мы учитываем температуру воздуха, выходящего из вентиляторов путем вычисления разности между вентиляционной температурой воздуха и текущей температурой в автомобиле и умножения его на пропорцию скорости вентилятора (массовый расход жидкости). Затем 100 Вт энергии добавляются на человека в автомобиле. Наконец, различие между температурой внешнего воздуха и внутренней температурой воздуха умножается на меньший массовый расход жидкости с учетом воздуха, исходящего в автомобиль с внешней стороны.
Выход внутренней модели динамики питается блок отображения как мера температуры, считанной датчиком, помещенным позади верхней части драйвера. Если при запуске симуляцию с настройками по умолчанию, температурное чтение запускается при внешней температуре 18 °C и затем охлаждается к пользовательскому заданному значению 9 °C.
Рисунок 5: отображение Термометра по сравнению со временем