自动气候控制系统仿真
此示例说明如何使用 Simulink® 和 Stateflow® 对汽车中自动气候控制系统进行仿真。
在 User Setpoint in Celsius 模块中，输入车内所需的气温值。
在 External Temperature in Celsius 模块中，输入外部气温值。
Thermometer Display 模块指示安装在驾驶员头部后面的温度传感器的读数。这是驾驶员感受到的温度。
图 1：自动气候控制系统。
Stateflow 控制器
Stateflow 实现监督控制器。要查看控制逻辑，请打开图。
Heater_AC 状态通过在加热、闲置和冷却模式之间转移来管理温度控制。当设定点超过内部温度 0.55 ºC 以上时，加热开启；当差值 ≤ 0.5 ºC 时，加热关闭。同样，当内部温度超过设定点 0.55 ºC 以上时，冷却开启；当差值 ≤ 0.5 ºC 时，冷却关闭。控制器在设定点周围使用 0.5 ºC 至 0.55 ºC 的 0.05 ºC 滞后带，以防止在加热和冷却之间快速切换。
在 Blower 状态下，系统根据温差调节风扇输出。当绝对温差低于 eps 或过大时，系统关闭鼓风机。鼓风机仅在定义的中间温度范围内运行，从而在温度调节期间实现高效且成比例的气流控制。
两个开关触发控制 Air Distribution (AirDist) 和 Recycling Air (Recyc_Air) 状态的 Stateflow 图。为了便于对车窗进行有效除霜，控制器在这两种状态下实现内部转移。当除霜状态激活时，控制器关闭空气循环功能。
图 2：Stateflow 中的监督控制逻辑。
加热器和空调模型
加热器模型实现以下热交换方程：
Tout = Ts - (Ts-Tin)e^[(-pi*D*L*hc)/(m_dot*Cp)]
其中：
Ts = 常量（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 = 常量（空气的热导率）
Cp = 1007 J/kgK = 常量（空气的比热）
层流 (hc = 3.66(k/D) = 23.8 W/m2K)
模型说明加热器挡板的工作原理。与吹风机的运行类似，所需设定点温度和车内当前温度之间的温差越大，加热效果越大。
空调模型实现以下方程：
y*(w*Tcomp) = m_dot*(h4-h1)
其中：
y = 效率
m_dot = 质量流量
w = 发动机的转速
Tcomp = 压缩机扭矩
h4、h1 = 焓
空调系统的 Bang-Bang 控制使用发动机转速和压缩机扭矩来确定空调吹出的气温。
图 3：加热器控制子系统。
图 4：空调控制子系统。
车舱传热
下列因素会影响驾驶员感受到的气温：
通风口吹出的气温
室外气温
车内人数
这些因素是车舱内部的热力学模型的输入。为了计算从通风口吹出的气温，该模型计算通风口气温和车内当前温度之间的差值，并将其乘以风扇速度比例（质量流量）。该模型针对车内每个乘客增加 100 W 的能量。为了计算从车外到车内的空气辐射，该模型将车内外气温之差乘以较小的质量流量。
Thermometer Display 模块显示内部动态模型输出。它是安装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仿真，温度读数从车外温度 18 °C 开始，然后冷却至用户设定值点 9 °C。
图 5：时间-温度计显示图
