Loading...
شبیه سازی سیستم کنترل آب و هوای خودکار در خودرو با Simulink
این مثال نشان می دهد که چگونه می توان یک سیستم کنترل آب و هوای خودکار را در یک خودرو با استفاده از تولباکس Simulink و بسته Stateflow شبیه سازی کرد. در ادامه توضیحاتی از این سیستم شبیه سازی شده ارائه شده و دستور آن برای اجرا در محیط متلب قرار داده شده است. در این پروژه در بلوک User Setpoint in Celsius مقدار دمای هوای مورد نظر در خودرو تنظیم می شود. همچنین در بلوک External Temperature in Celsius نیز مقدار دمای هوای خارجی تنظیم می شود. بلوک نمایشگر دماسنج نشان دهنده قرائت سنسور دما است که در پشت سر راننده قرار گرفته است. این دمایی است که راننده احساس می کند.
شکل سیستم کنترل آب و هوای اتوماتیک
کنترلر Stateflow
ابزار Stateflow کنترل کننده نظارتی را پیاده سازی می کند. برای مشاهده منطق کنترل، نمودار را باز کنید. حالت Heater_AC نشان می دهد که با وارد کردن دمای تنظیمی که حداقل 0.5 درجه سانتیگراد از دمای فعلی خودرو بیشتر است، سیستم بخاری روشن می شود. بخاری تا زمانی که دمای فعلی خودرو در محدوده 0.5 درجه دمای نقطه تنظیم شده باشد فعال می ماند. به طور مشابه، هنگامی که یک نقطه تنظیم را وارد می کنید که 0.5 درجه سانتیگراد یا کمتر از دمای فعلی ماشین است، کولر روشن می شود. تا زمانی که دمای هوا در خودرو به 0.5 درجه سانتیگراد از دمای تعیین شده برسد، فعال می ماند. برای جلوگیری از روشن و خاموش کردن مداوم بخاری، منطق کنترل باند مرده 0.5 درجه را اجرا می کند. در حالت دمنده، هرچه اختلاف بین دمای تنظیم و دمای فعلی بیشتر باشد، فن با شدت بیشتری کار می کند. این عمل تضمین می کند که با وجود اختلاف دما، دما در یک زمان معقول به مقدار لازم برسد. هنگامی که دمای هوا در خودرو در محدوده 0.5 درجه سانتیگراد از دمای تعیین شده باشد، سیستم خاموش می شود. دو سوئیچ، نمودار های Stateflow را فعال می کنند که وضعیت های توزیع هوا (AirDist) و بازیافت هوا (Recyc_Air) را کنترل می کنند. همچنین برای تسهیل یخ زدایی موثر پنجره ها، کنترل کننده یک انتقال داخلی را در این دو حالت اجرا می کند. هنگامی که حالت یخ زدایی فعال است، کنترل کننده هوای بازیافت را خاموش می کند.
شکل منطق کنترل نظارتی در Stateflow
مدل های بخاری و کولر گازی
مدل بخاری، این معادله تبادل حرارت را پیاده سازی می کند:
1 | Tout = Ts - (Ts-Tin)e^[(-pi*D*L*hc)/(m_dot*Cp)] |
در این فرمول هر یک از علائم، پارامتر خاصی را تعرفی می کند که در زیر لیست آنها ارائه شده است:
1 2 3 4 5 6 7 | Ts = ثابت (دمای دیواره رادیاتور) D = 0.004m (قطر کانال) L = 0.05m (ضخامت رادیاتور) N = 30000 (تعداد کانال) k = 0.026 W/mK = ثابت (رسانایی گرمایی هوا) Cp = 1007 J/kgK = ثابت (گرمای ویژه هوا) جریان آرام (hc = 3.66(k/D) = 23.8 W/m2K) |
مدل ها برای فلپ بخاری حساب می شوند. مشابه عملکرد دمنده، هرچه اختلاف دما بین دمای تنظیم مورد نیاز و دمای داخلی فعلی بیشتر باشد، اثر گرمایش بیشتر می شود.
مدل کولر گازی، این معادله را پیاده سازی می کند:
1 | y*(w*Tcomp) = m_dot*(h4-h1) |
در این فرمول هر یک از علائم، پارامتر خاصی را تعرفی می کند که در زیر لیست آنها ارائه شده است:
1 2 3 4 5 | y = کارایی m_dot = سرعت جریان جرمی w = سرعت موتور Tcomp = گشتاور کمپرسور h4, h1 = آنتالپی |
کنترل کننده bang-bang سیستم تهویه مطبوع ، از دور موتور و گشتاور کمپرسور برای تعیین دمای هوای خروجی استفاده می کند.
شکل زیر سیستم کنترل بخاری
شکل زیر سیستم کنترل تهویه مطبوع (A/C)
انتقال حرارت کابین
این عوامل بر دمای هوای احساس شده توسط راننده تأثیر می گذارد:
- دمای هوای خروجی از منافذ
- دمای هوای بیرون
- تعداد افراد داخل ماشین
اینها عوامل ورودی به مدل ترمودینامیکی فضای داخلی کابین هستند. برای محاسبه دمای هوای خروجی از دریچه ها، مدل تفاوت بین هوای دریچه و دمای فعلی خودرو محاسبه شده و در نسبت سرعت فن (سرعت جریان جرمی) ضرب می شود. این مدل 100 وات انرژی برای هر نفر در خودرو اضافه می کند. همچنین برای محاسبه پرتو های هوایی که از بیرون به داخل خودرو وارد می شود، مدل تفاوت بین دمای هوای بیرون و داخل را در دبی جرمی کمتری ضرب می کند. بلوک نمایشگر دماسنج خروجی مدل دینامیکی داخلی را نمایش می دهد. این قرائت سنسور دما است که در پشت سر راننده قرار گرفته است. اگر شبیه سازی را با تنظیمات پیش فرض اجرا کنید، خواندن دما، با دمای خارجی 18 درجه سانتیگراد شروع می شود و سپس تا نقطه تنظیم کاربر 9 درجه سانتیگراد خنک می شود.
شکل نمایشگر دماسنج نسبت به زمان
نکته پایانی: این مقاله آموزشی متلب از مثال های آماده خود نرم افزار MATLAB است که اگر جعبه ابزار سیمولینک (Simulink) و ابزار Stateflow بر روی متلب شما نصب باشد، می توانید با تایپ دستور زیر در پنجره کامند متلب به این پروژه نمونه دسترسی داشته باشید.
1 | openExample('simulink_automotive/SimulatingAutomaticClimateControlSystemsExample') |
منبع: mathworks
هیچ نظری ثبت نشده است