模拟自动气候控制系统
这个例子展示了如何使用Simulink®和Stateflow®来模拟汽车中的自动气候控制系统。
在“摄氏温度的用户设定值”块中,输入汽车所需的空气温度值。
在“外部温度摄氏度”区域中,输入外部空气温度的值。
温度计显示块显示放置在驾驶员头部后面的温度传感器的读数。这是司机感受到的温度。
图1:自动气候控制系统
Stateflow®控制器
Stateflow实现监控控制器。要查看控制逻辑,请打开图表。
的Heater_AC状态显示,进入一个比当前汽车温度高出至少0.5℃的设定点温度时,加热器系统就会启动。加热器保持活动,直到当前温度在汽车内是0.5度的设定值温度。同样,当你进入一个设定值,即0.5摄氏度或低于当前汽车温度时,空调就会打开。直到车内的空气温度在设定温度的0.5摄氏度内,它才会保持活性。为了避免连续开关加热器,逻辑实现了0.5度的死区
在鼓风机状态下,设定值温度与当前温度的差值越大,风机吹得越猛。这确保了温度在合理的时间内达到所需的值,尽管有温差。当车内空气温度与设定温度相差0.5℃时,系统自动关闭。
两个开关触发控制空气分配的状态流图(AirDist)及循环空气(Recyc_Air)状态。为了促进有效的窗口除霜,控制器在这两个状态中实现内部转换。当除霜状态为主动状态时,控制器关闭循环空气。
图2:Stateflow中的监控逻辑
加热器和空调型号
加热器模型实现了这个热交换方程:
Tout = Ts- (Ts- tin)e^[(-pi*D*L*hc)/(m_dot*Cp)]
地点:
Ts =恒定(散热器壁温度)
D = 0.004米(通道直径)
L = 0.05m(散热器厚度)
N = 30000(通道数)
k = 0.026 W/mK =常数(空气热导率)
Cp = 1007 J/kgK =常数(空气比热)
层流(hc = 3.66(k/D) = 23.8 W/m2K)
该模型考虑了加热器的襟翼。与鼓风机运行类似,要求设定点温度与当前室内温度之间的温差越大,加热效果越大。
空调型号实现了这个等式:
y*(w*Tcomp) = m_dot*(h4-h1)
地点:
Y =效率
M_dot =质量流量速率
W =发动机转速
Tcomp =压缩机转矩
H4, h1 =焓
空调系统的砰砰控制通过发动机转速和压气机转矩来确定出空调的空气温度。
图3:加热器控制分系统
图4:空调控制子系统
舱室传热
这些因素会影响驾驶员感受到的空气温度:
出气孔的空气温度
外部空气的温度
车里的人数
这些因素被输入到机舱内部的热力学模型中。为了考虑出风口的空气温度,该模型计算出风口空气与当前汽车温度的差值,并将其乘以风扇转速比例(质量流量)。该模型增加了100瓦的能量是每个人在汽车。为了考虑从外部辐射到汽车内的空气,该模型将外部和内部空气温度的差乘以一个较小的质量流量。
温度计显示块显示内部动力学模型输出。它是放置在驾驶员头部后面的温度传感器的读数。如果使用默认设置运行模拟,则温度读数从外部温度18°C开始,然后冷却到用户设置的9°C。
图5:温度计显示随时间变化