4.1.1 Описание генератора для эмуляции изменения температуры окружающей среды

Как видно из рисунка 4.1, генератор, реализованный в блоке “temperatura atmosferi”, представляется в виде подсистемы, имеющей один выход, на котором, собственно и формируется текущее значение температуры. Генератор имеет следующие внутренние параметры настройки:

- закон изменения температуры окружающей среды. Этот закон может носить как случайный, так и вполне определенный характер. В качестве источника сигнала может выступать генератор случайного или равномерного распределения, генератор белого шума, генератор синусоиды, пилообразного сигнала и т.п. Следует отметить, что скорость изменения температуры окружающей среды должна быть меньше скорости изменения температуры в помещении. При резких скачках температуры окружающей среды воздух в помещении не будет успевать остывать и нагреваться, а это, в свою очередь, приведет к неадекватности поведения модели. Поэтому, если в качестве генератора используется случайное распределение, обычно применяют сглаживание. Самый простой способ сглаживания – осреднение методом скользящего окна. Метод скользящего окна описывается следующей формулой:

, (4.1)

где: – ширина окна, – выходное сглаженное значение сигнала.

Для того чтобы получить значение сигнала на предыдущем лаге, можно воспользоваться блоком “Unit Delay”, который реализует задержку сигнала на 1 шаг времени моделирования. Попутно следует заметить, что источники нестохастического (неслучайного) происхождения обычно в сглаживании не нуждаются.

- минимальная (Tminos) и максимальная (Tmaxos) температура окружающей среды. Выходное значение генератора должно ограничиваться этими показателями и не выходить за указанные пределы.

Объектно-ориентированную модель генератора необходимо реализовать самостоятельно с учетом закона и указанных ограничений.

На рисунке 4.2 в качестве примера приводятся 2 осциллограммы работы генератора. Первая осциллограмма демонстрирует изменение температуры при Tminos= -15 ^oC, Tmaxos= +30 ^oC, закон распределения – равномерный, вторая - при Tminos= -5 ^oC, Tmaxos= +10 ^oC, закон распределения – синусоида. На первой осциллограмме желтой линей показан исходный сигнал, розовой линией – осредненный с шагом осреднения и умноженный на передаточный коэффициент.

Рисунок 4.2. – Осциллограммы работы генераторов для эмуляции изменения температуры окружающей среды

4.1.2 Описание принципа работы калорифера

Калорифер на общей модели представляется блоком, имеющим один управляющий вход и два выхода. Если на управляющий вход поступает значение, большее нуля, то калорифер включен. При этом температура калорифера (на рис.1 – “Temp Kal”) должна постепенно нарастать по линейному закону, в зависимости от коэффициента нагревания калорифера Kn, который показывает, на сколько ^oC нагревается прибор в течение некоторого интервала времени.

На калорифере установлен датчик температуры, который фиксирует максимальную температуру нагрева калорифера Tmax. По достижении температуры Tmax калорифер автоматически отключается (даже если на управляющий вход по-прежнему поступает значение большее нуля). При этом калорифер начинает охлаждаться. Процесс охлаждения также линейный и зависит от коэффициента охлаждения калорифера Ko. По достижению минимальной температуры Tmin калорифер снова включается датчиком (только, если на управляющий вход по-прежнему поступает значение большее нуля). Если на управляющем входе будет значение, равное нулю (что равносильно состоянию калорифер выключен), калорифер должен остывать до температуры в помещении. Температура в помещении Tpom формируется блоком “Pomechenie” (будет рассмотрен далее) и передается в калорифер при помощи блоков “Data Store Read”, “Data Store Write”, “ Data Store Memory”.

На втором выходе блока калорифера формируется значение, равное текущей мощности прибора, если калорифер включен, и нулю, когда выключен.

Работу калорифера наглядно демонстрируют осциллограммы, приведенные на рис. 4.3.

Рисунок 4.3. – Осциллограммы работы калорифера при следующих параметрах: температура помещения Tpom=20, Tmin=40; Tmax=100; Kn=10; Ko=3; мощность прибора = 20 Вт·мин=0,02 кВт·1/60 ч = 1,2 кВт·ч.

Объектно-ориентированную модель калорифера необходимо реализовать самостоятельно с учетом варианта задания.