6 Модель датчика в Simulink

Передаточной функции датчика соответствует следующее дифференциальное уравнение, записанное в операторной форме:

(4)

где – температура среды на входе датчика;

– температура чувствительного элемента датчика.

Уравнение (4) можно представить в виде:

(5)

Схема датчика оформляется в виде блока Atomic Subsystem с тремя параметрами (рисунки 8, 9):

Рисунок 8 – Блок датчика с параметрами

Рисунок 9 – Модель датчика в Simulink

Для дальнейшей работы необходимо задать начальные значения двух искомых параметров, а также в последующем идентифицировать данные значения, задав начальные приближения для параметров передаточной функции (рисунок 10), а затем провести оптимизацию параметров передаточной функции (рисунок 11).

Р исунок 10 – Результаты уточнения параметров передаточной функции

Рисунок 11 – Совмещенные графики экспериментальных данных (синим цветом) и результатов моделирования (красным цветом), а так же результаты оптимизации передаточной функции.

7 Моделирование системы охлаждения двс

Разработанная и идентифицированная модель датчика температуры может быть использована для отработки закона управления вентилятором в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания автомобиля. Поскольку разработка модели системы охлаждения выходит за рамки данной лабораторной работы, ниже приведено ее описание в иллюстративной форме (рисунки 12, 13, 14).

Р исунок 12 – Схема системы охлаждения ДВС

Рисунок 13 – Схема для моделирования системы охлаждения

Рисунок 14 – Схема контроллера вентилятора по типу вкл/выкл

Содержание исполняемого файла для задания параметров системы охлаждения представлено ниже:

c_md = 500; % Удельная теплоемкость чугуна, Дж/(кг*К)

c_mr = 420; % Удельная теплоемкость алюмин. сплава, Дж/(кг*К)

c_f = 4217; % Удельная теплоемкость воды, Дж/(кг*К)

m_md = 180; % Масса пустого двигателя, кг

m_fd = 8; % Масса охлаждающ. жидкости в двигателе, кг

m_mr = 8; % Масса пустого радиатора, кг

m_fr = 5; % Масса охлаждающ. жидкости в радиаторе, кг

ro_f = 1000; % Плотность воды, кг/м^3

T_e = 273 + 50;%Температура окружающего воздуха, К

alfa_d = 10; % Коэффициент теплообмена двигателя с окруж. средой, Вт/(м^2*К)

alfa_r_off = 20; % Коэффициент теплообмена радиатора с окруж. средой при выключенном вентиляторе, Вт/(м^2*К)

alfa_r_on = 400; % Коэффициент теплообмена радиатора с окруж. средой при включенном вентиляторе, Вт/(м^2*К)

S_d =0.8; % Площадь двигателя, участвующая в теплообмене,м^2

S_r =2.5; % Площадь радиатора, участвующая в теплообмене, м^2

Q_d = 30e3; % Тепловая мощность двигателя, Вт

G_f = 2e-3; % Расход охлаждающей жидкости, м^3/с

C_fd = c_f * m_fd; % Теплоемкость жидкости в двигателе

C_md = c_md * m_md; % Теплоемкость пустого двигателя

C_d = C_fd + C_md; % Теплоемкость "заправленного" двигателя

C_fr = c_f * m_fr; % Теплоемкость жидкости в радиаторе

C_mr = c_mr * m_mr; % Теплоемкость пустого радиатора

C_r = C_fr + C_mr; % Теплоемкость "заправленного" радиатора

T=15; % Постоянная времени датчика

Р исунок 15 – Графики рабочих процессов в системе охлаждения

Рисунок 16 – Графики рабочих процессов в системе охлаждения в оптимизированном режиме

Таким образом, в результате оптимизации рабочих процессов в системе охлаждения удалось уменьшить частоту включения вентилятора, тем самым значительно увеличить его потенциальный ресурс.

Заключение

В результате лабораторной работы была получена модель работы датчика температуры охлаждающей жидкости автомобиля, построены экспериментальные и теоретические графики его работы, оптимизированы начальные коэффициенты передаточной функции для работы модели.

Также была смоделирована работа системы охлаждения двигателя с учетом включения и выключения охлаждающего устройства, построены графики рабочих процессов в данной системе, проведен их анализ и дальнейшая оптимизация, позволившая уменьшить частоту включения вентилятора системы охлаждения.

Москва 2023 г.