Этот пример показывает, как соединить систему климат-контроля транспортного средства с моделью электрической системы, чтобы изучить эффекты загрузки системы климат-контроля на всю электрическую систему автомобиля.
Фигура 1: Электрическая и климатическая система управления транспортным средством
Двойной клик по подсистеме ClimateControlSystem откроет модель системы климат-контроля. Здесь пользователь может ввести значение температуры, до которого он хотел бы добраться воздухом в автомобиле, дважды нажав на USER SETPOINT IN CELSIUS Block и введя значение в диалоговое окно. Аналогичным образом пользователь может установить ВНЕШНЮЮ ТЕМПЕРАТУРУ В ЦЕЛЬСИИ. Численное отображение с правой стороны 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, показывая изменение температуры в автомобиле.
Фигура 2: Автоматическая система климат-контроля.
Управление системой реализовано в Stateflow ®. Двойной щелчок по диаграмме Stateflow покажет, как была сформулирована эта логика диспетчерской управляющей системы.
Состояние Heater_AC показывает, что, когда пользователь входит в уставку температуры, которая больше текущей температуры в автомобиле, по меньшей мере, на 0,5 ° С, система нагревателя будет включена. Нагреватель будет оставаться активным до тех пор, пока текущая температура в автомобиле не достигнет в пределах 0,5 o от заданной температуры. Точно так же, когда пользователь вводит уставку, которая на 0,5 ° C (или больше) ниже текущей температуры автомобиля, кондиционер включается и остается активным до тех пор, пока температура воздуха в автомобиле не достигнет 0,5 ° C от заданной температуры. После чего система переключается. Мертвая 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 достигает в пределах 0,5 ° С 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 3: Логика диспетчерской управляющей системы в Stateflow.
Модель нагревателя была построена из уравнения для теплообменника, 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.
Система кондиционера является одним из двух мест, где климат-контроль интерфейсов модели с электрической системной модели автомобиля. Компрессор загружает двигатель автомобиля, когда система A/C активна. Конечная температура выхода из A/C определяется следующим образом:
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 4: Подсистема управления нагревателем.
Фигура 5: 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.
Эта электрическая система моделирует автомобиль на холостой скорости. ПИД-регуляторы гарантируют, что генератор переменного напряжения автомобиля (смоделированный синхронной машиной, ток возбуждения которой регулируется для управления выхода напряжением) также работает с необходимой скоростью. Выход генератора переменного тока затем подается через 3-фазный 6-импульсный выпрямитель 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, радио и т.д. Когда различие между заданной температурой и текущей температурой в автомобиле падает, скорость вентилятора падает, и, следовательно, загрузка на шину постоянного тока. Включение обратной связи в электрическую систему регулирует напряжение шины постоянного тока.
Дополнительная модель электрической системы автомобиля позволяет изменять скорость вращения двигателя. Изменение скорости вращения двигателя показывает эффект на напряжение шины постоянного тока.
Фигура 6: Электрическая система
