В этом примере показано, как имитировать работу автоматической системы климат-контроля в автомобиле с использованием Simulink ® и Stateflow ®. Вы можете ввести значение температуры, которое вы хотите, чтобы воздух в автомобиле достиг, дважды щелкнув пользовательскую уставку в блоке Цельсия и введя значение температуры. Можно также установить внешнюю температуру в градусах Цельсия аналогичным образом. Числовой дисплей в правой части модели показывает показания датчика температуры, расположенного за головой водителя. Это температура, которую должен чувствовать водитель. Когда модель запущена и климат-контроль активен, именно этот дисплей изменяется, чтобы показать изменение температуры в автомобиле.
Рис. 1: Автоматическая система климат-контроля
Управляющий контроллер реализован в Stateflow. Двойной щелчок по диаграмме «Поток состояний» показывает, как была сформулирована эта логика контроля.
Состояние Heater_AC показывает, что при вводе уставки температуры, превышающей текущую температуру в автомобиле по крайней мере на 0,5 ° C, система нагревателей будет включена. Нагреватель будет оставаться активным до тех пор, пока текущая температура в вагоне не будет находиться в пределах 0,5 град от уставки температуры. Аналогично, когда пользователь вводит уставку 0,5 град. C (или более) ниже текущей температуры вагона, кондиционер включается и остается активным до тех пор, пока температура воздуха в вагоне не окажется в пределах 0,5 ° C от температуры уставки, после чего система переключается.
В состоянии воздуходувки чем больше разница между температурой уставки и текущей температурой, тем сильнее продувается вентилятор. Это гарантирует, что температура достигнет требуемого значения за разумное время, несмотря на разницу температур. Снова, когда температура воздуха в вагоне находится в пределах 0,5 ° C от уставки температуры, система отключается.
Air Distribution (AirDist) и Recycling Air States (Recyc_Air) управляются двумя переключателями, которые запускают диаграмму Stateflow. В этих двух состояниях реализован внутренний переход для облегчения эффективной размораживания окон, когда это необходимо. Когда состояние размораживания активировано, рециркулирующий воздух отключается.
Рис. 2: Логика контроля в Stateflow
Модель нагревателя была построена из уравнения для теплообменника нагревателя, показанного ниже:
Tout = Ts - (Ts-Tin)e^[(-pi*D*L*hc)/(m_dot*Cp)]
Где:
Ts = постоянная (температура стенки радиатора)
D = 0,004 м (диаметр канала)
L = 0,05 м (толщина радиатора)
N = 30000 (количество каналов)
k = 0,026 Вт/мК = постоянная (теплопроводность воздуха)
Cp = 1007 Дж/кг K = постоянная (удельная теплота воздуха)
Ламинарный поток (hc = 3,66 (k/D) = 23,8 W/m2K)
Кроме того, учитывается эффект клапана нагревателя. Аналогично работе вентилятора, чем больше разность температур между требуемой температурой уставки и текущей температурой в автомобиле, тем больше открывается заслонка нагревателя и тем больше эффект нагрева.
Модель кондиционера была построена из приведенного ниже уравнения:
y * (w * Tcomp) = m_dot * (h4-h1)
Где:
y = эффективность
m_dot = массовый расход
w = частота вращения двигателя
Tcomp = крутящий момент компрессора
h4, h1 = энтальпия
В данном случае мы осуществляем управление системой A/C, в которой температура воздуха, выходящего из A/C, определяется частотой вращения двигателя и крутящим моментом компрессора.
Рис. 3: Подсистема управления нагревателем
Рис. 4: Подсистема управления A/C
На температуру воздуха, ощущаемого водителем, влияют все следующие факторы:
Температура воздуха, выходящего из вентиляционных отверстий
Температура наружного воздуха
Количество людей в машине
Эти факторы являются входами в термодинамическую модель интерьера салона. Мы учитываем температуру воздуха, выходящего из вентиляционных отверстий, вычисляя разницу между температурой вентиляционного воздуха и текущей температурой внутри автомобиля и умножая ее на пропорцию скорости вентилятора (массовый расход). Затем на человека в машине добавляется 100W энергии. Наконец, разность между температурой наружного воздуха и температурой внутреннего воздуха умножается на меньший массовый расход для учета воздуха, излучаемого в автомобиль снаружи.
Выходной сигнал модели динамики внутреннего пространства подается на блок дисплея в качестве измерения температуры, считываемой датчиком, расположенным за головой водителя. При запуске моделирования с настройками по умолчанию показания температуры начинаются при внешней температуре 18 ° C, а затем охлаждаются до пользовательской уставки 9 ° C.
Рис. 5: Отображение термометра в зависимости от времени