借助本示例,我们将深入探讨如何通过Stateflow®与Simulink®的集成,实现对混合系统的精准建模。这一方法尤其适用于包含多种基于离散事件工作模式的系统。在Simulink中,我们处理传统信号流,而在Stateflow中,我们则专注于控制配置的变更。接下来的模型演示了汽油发动机燃油控制系统的运作原理。即便在个别传感器出现故障时,系统也能保持高度稳定,并通过动态调整参数来确保工作的连续性。
首先,我们需要在matlab中打开这个模型,并访问其dashboard子系统。
深入解析与物理机制
本模型中的节气门与进气歧管动态关系融合了物理原理和经验法则。空燃比的计算基于流经进气歧管的空气流量与喷射至气门后的燃油流量之比。理想的混合气空燃比需要在动力性、燃油经济性和尾气排放之间达到平衡,本例中的目标空燃比设定为14.6。氧传感器用于检测尾气中的氧含量(EGO),从而间接反映混合气的空燃比,并为闭环控制提供反馈信号。当氧传感器检测到尾气中氧含量过高时,意味着混合气偏稀,控制器会根据控制原理调整燃油量;反之,若氧传感器检测到混合气偏浓,则控制器会相应减少喷油量。
利用这个模型,我们可以深入学习如何利用dashboard进行操作。
建模概览
图1展示了Simulink模型的顶层结构。要启动该模型,请在MATLAB®命令行窗口中键入sldemo_fuelsys。点击模型窗口工具栏上的Play按钮即可开始仿真。模型从sldemo_fuelsys_data.m文件中加载必要数据至模型工作区,并将相关数据记录为名为sldemo_fuelsys_output的数据结构体,同时流式传输至Simulation Data Inspector。记录的信号以蓝色指示符标注,而流式信号则以浅蓝色标记(如图1所示)。
请注意,将初始条件加载至模型工作区有助于确保仿真数据与其他可能已打开的模型数据保持独立,从而避免MATLAB工作区的混乱。要查看模型工作区的内容,请选择View > Model Explorer > Model Explorer,然后从Model Hierarchy列表中点击Model Workspace。
请注意,模型及其子系统的图标和信号线上都会显示相应的单位。单位在端口和总线对象上指定。要了解Simulink中单位的更多详细信息,请参阅Simulink单位文档。
图1:燃油控制系统模型的顶层结构图
Dashboard子系统(如图2所示)为用户在仿真过程中与模型交互提供了便利。通过将Fault Injection开关从Normal移至Fail位置,用户可以模拟传感器故障;同时,通过切换Engine Speed选择器开关,可以改变发动机的转速。Dashboard还配备了直观的仪表和示波器,用于实时观测燃油量和空燃比信号,从而在整个仿真过程中保持对系统的监控。
使用方法:双击模块后,在模型中选择相应的信号线即可,操作简便快捷。
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