Система климат-контроля

Двойной щелчок по подсистеме ClimateControlSystem откроет модель системы климат-контроля. Здесь пользователь может ввести значение температуры, которое он хотел бы получить от воздуха в автомобиле, дважды нажав на ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКУЮ УСТАВКУ В БЛОКЕ ЦЕЛЬСИЯ и введя значение в диалоговое окно. Внешняя температура в Цельсию также может быть установлена пользователем 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, а климат-контроль активен, именно это поле дисплея, чье значение изменяется, показывая изменение температуры в автомобиле.

Рис. 2: Автоматическая система климат-контроля.

Контроллер Stateflow ®

Управление системой реализовано в Stateflow ®. При двойном щелчке по диаграмме Stateflow будет показано, как была сформулирована эта логика контроля.

Состояние Heater_AC показывает, что когда пользователь вводит уставку температуры, которая превышает текущую температуру в автомобиле по меньшей мере на 0,5 ° C, система нагревателя включается. Нагреватель будет оставаться активным до тех пор, пока текущая температура в вагоне не достигнет значения в пределах 0,5 град от уставки. Аналогично, когда пользователь вводит уставку, которая на 0,5 ° C (или более) ниже текущей температуры автомобиля, кондиционер включается и остается активным до тех пор, пока температура воздуха в автомобиле не достигнет значения в пределах 0,5 ° C от уставки. После этого система будет переключаться. Для того, чтобы избежать проблемы непрерывного переключения, была реализована мертвая полоса 0,5 град.

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. Опять же, когда температура воздуха в вагоне достигнет в пределах 0,5 ° C от температуры уставки, система отключится.

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. 3: Логика контроля в Stateflow.

Модели нагревателей и кондиционеров

Модель нагревателя была построена из уравнения для теплообменника, показанного ниже:

Tout = Ts - (Ts-Tin)e^[(-pi*D*L*hc)/(m_dot*Cp)]

Где:

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.

Система кондиционеров является одним из двух мест, где модель климат-контроля взаимодействует с моделью электрической системы автомобиля. Компрессор загружает двигатель автомобиля, когда система A/C активна. Конечную температуру выхода из A/C рассчитывают следующим образом:

y * (w * Tcomp) = m_dot * (h4-h1)

Где:

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. 4: Подсистема управления нагревателем.

Рис. 5: Подсистема управления A/C.

Передача тепла в кабине

На температуру воздуха, ощущаемого водителем, влияют все следующие факторы:

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.

Электрическая система

Эта электрическая система моделирует автомобиль на холостом ходу. ПИД-контроллеры гарантируют, что генератор переменного тока автомобиля (моделируемый синхронной машиной, ток поля которой регулируется для управления выходным напряжением) также работает на требуемой скорости. Выход генератора переменного тока затем подается через трехфазный 6-импульсный выпрямительный мост для подачи напряжения, необходимого для зарядки батареи, которая подает напряжение на шину постоянного тока автомобиля.

Вентилятор, используемый в системе климат-контроля, питается от этой шины постоянного тока, как и стеклоочистители ветрового стекла, радио и т.д. По мере того, как разность между температурой уставки и температурой тока в автомобиле падает, скорость вращения вентилятора и, следовательно, нагрузка на шину постоянного тока. Включение обратной связи в электрическую систему регулирует напряжение шины постоянного тока.

Дополнительная модель электрической системы автомобиля позволяет изменять частоту вращения двигателя. Изменение частоты вращения двигателя показывает влияние на напряжение шины постоянного тока.

Рис. 6: Электрическая система