В этом примере показано, как симулировать работу автоматической системы климат-контроля в автомобиле с помощью Simulink ® и Stateflow ®. Вы можете ввести значение температуры, до которого вы хотите добраться воздухом в автомобиле, дважды нажатие Пользовательская уставка в блоке Celsius и введя значение температуры. Можно также установить внешнюю температуру в Цельсии аналогичным образом. Численное отображение в правой части модели показывает показания датчика температуры, расположенного позади головы драйвера. Это температура, которую должен чувствовать драйвер. Когда модель запускается, и климат-контроль активен, это окно отображения, значение которого изменяется, чтобы показать изменение температуры в автомобиле.
Фигура 1: Автоматическая система климат-контроля
Диспетчерский контроллер реализован в Stateflow. Двойное нажатие по диаграмме Stateflow показывает, как была сформулирована эта логика диспетчерской управляющей системы.
Состояние Heater_AC показывает, что, когда вы вводите уставку температуры, которая больше текущей температуры в автомобиле, по крайней мере, на 0,5 ° C, система нагревателя будет включена. Нагреватель будет оставаться активным до тех пор, пока текущая температура в автомобиле не будет находиться в пределах 0,5 o от заданной температуры. Точно так же, когда пользователь вводит уставку, которая составляет 0,5 град. C (или больше) ниже текущей температуры автомобиля, кондиционер включен и остается активным до тех пор, пока температура воздуха в автомобиле не достигнет 0,5 ° C от заданной температуры, после чего система переключается. Мёртвая полоса 0,5 ° реализована, чтобы избежать проблемы непрерывного переключения.
В состоянии воздуходувки, чем больше различие между заданной температурой и текущей температурой, тем сильнее дует вентилятор. Это гарантирует, что температура достигнет необходимого значения за разумное время, несмотря на различие температур. Снова, когда температура воздуха в автомобиле находится в пределах 0,5 ° C от заданной температуры, система отключается.
Воздушным распределением (AirDist) и состояниями вторичного воздуха (Recyc_Air) управляют два переключателя, которые запускают диаграмму Stateflow. Внутренний переход был осуществлен в этих двух состояниях, чтобы облегчить эффективное размораживание окон, когда это необходимо. Когда состояние размораживания активировано, рециркулирующий воздух отключается.
Фигура 2: Логика диспетчерской управляющей системы 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 = константа (температура стенки излучателя)
D = 0,004m (диаметр канала)
L = 0.05m (излучатель)
N = 30000 (Количество каналов)
k = 0,026 Вт/мК = константа (теплопроводность воздуха)
Cp = 1007 Дж/кг К = константа (удельная теплота воздуха)
Ламинарное течение (hc = 3,66 (k/D) = 23,8 W/m2K)
В сложение учитывается эффект клапана нагревателя. Как и при операции вентилятора, чем больше различие температур между необходимой уставкой температуры и текущей температурой в автомобиле, тем больше клапан нагревателя открывается и тем больше эффект нагрева.
Модель кондиционера была построена из уравнения ниже:
y * (w * Tcomp) = m_dot * (h4-h1)
Где:
y = эффективность
m_dot = массовый расход жидкости
w = скорость двигателя
Tcomp = крутящий момент компрессора
h4, h1 = энтальпия
Здесь мы имеем релейное управление системой A/C, где температура воздуха, выходящего из A/C, определяется скоростью вращения двигателя и крутящим моментом компрессора.
Фигура 3: Подсистема управления нагревателем
Фигура 4: Подсистема управления A/C
На температуру воздуха, ощущаемого драйвером, влияют все эти факторы:
Температура воздуха, выходящего из вентиляционных отверстий
Температура наружного воздуха
Количество людей в автомобиле
Эти факторы являются входами в термодинамическую модель интерьера кабины. Мы учитываем температуру воздуха, выходящего из вентиляционных отверстий, путем вычисления различия между температурой вентиляционного воздуха и текущей температурой внутри автомобиля и умножения ее на пропорцию скорости вентилятора (массовый расход жидкости). Затем 100W энергии складывается на человека в автомобиле. Наконец, различие между температурой наружного воздуха и внутренней температурой воздуха умножается на меньший массовый расход жидкости, чтобы учесть воздух, излучаемый в машину снаружи.
Выход модели внутренней динамики подается на блок отображения как мера температуры, считываемой датчиком, расположенным позади головы драйвера. Если вы запускаете симуляцию с настройками по умолчанию, чтение температуры начинается при внешней температуре 18 ° C, а затем охлаждается до уставки пользователя 9 ° C.
Фигура 5: Отображение термометра в зависимости от времени
