模拟自动气候控制系统
本示例展示了如何使用Simulink®和Stateflow®在汽车中模拟自动气候控制系统。
在User Setpoint In Celsius块中,输入车内所需空气温度的值。
在“外部温度以摄氏度为单位”块中,输入外部空气温度的值。
温度计显示块指示读数的温度传感器放在后面的司机的头。这是司机感受到的温度。
图1:自动气候控制系统
Stateflow®控制器
statflow实现了监控控制器。要查看控制逻辑,请打开图表。
的Heater_AC状态显示,进入一个设定值温度大于当前汽车温度至少0.5℃开关加热系统。加热器一直处于活动状态,直到车内当前温度与设定值温度相差0.5度以内。同样,当你进入一个设定值,即0.5℃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与设定值温度相差0.5℃以内,它才会一直处于活动状态。为了避免连续开关加热器,该逻辑实现了0.5度的死区
在鼓风机状态下,设定值温度与当前温度之差越大,风机吹得越猛。这样可以确保温度在合理的时间内达到所需的值,尽管存在温差。当车内空气温度与设定值温度相差0.5℃以内时,系统就会关闭。
两个开关触发控制空气分布的状态流程图(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了内部转换。当除霜状态为活动状态时,控制器关闭循环空气。
图2:statflow中的监控逻辑
加热器和空调型号
加热器模型实现了以下热交换方程:
Tout = Ts- (Ts- tin)e^[(-pi*D*L*hc)/(m_dot*Cp)]
地点:
Ts =恒定(散热器壁温)
D = 0.004m(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襟翼。与鼓风机运行类似,所需设定值温度与当前内部温度之间的温差越大,加热效果越大。
空调模型实现了这个方程:
y*(w*Tcomp) = m_dot*(h4-h1)
地点:
Y =效率
M_dot =质量流量
W =发动机的转速
Tcomp =压缩机转矩
H4, h1 =焓
A/C系统的砰砰控制使用发动机转速和压缩机扭矩来确定离开A/C的空气温度。
图3:加热器控制分系统
图4:空调控制子系统
机舱传热
这些因素会影响驾驶员感受到的空气温度:
出风口的空气温度
室外空气的温度
车里的人数
这些因素是机舱内部热力学模型的输入。为了计算出排气口的空气温度,该模型计算出排气口空气与当前汽车温度之间的差值,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车里。为了考虑从外部辐射到车内的空气,该模型将外部和内部空气温度之间的差异乘以一个较小的质量流量。
温度计显示块显示内部动态模型输出。它是驾驶员头后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,然后冷却到用户设定值9°C。
图5:温度计显示时间