Содержание к диссертации
Введение
1. Актуальность задачи повышения качества мехатронных систем управления климатическим комфортом и направления совершенствования таких систем 8
1.1. Анализ областей применения и исследований систем управления микроклиматом 8
1.2. Требования к климатическому комфорту пространства, окружающего человека 17
1.3. Примеры мехатронных систем управления климатическим комфортом в мультизонном пространстве 24
1.4. Цель и задачи исследования 25
1.5. Выводы по первой главе 26
2. Концепция построения высококачественных мехатронных систем управления климатическим комфортом 29
2.1. Требования к мультизонным мехатронным системам управления климатическим комфортом высокого быстродействия и точности 29
2.2. Показатели климатического комфорта в мультизонном рабочем пространстве как основа повышения качества мехатронных систем управления микроклиматом 31
2.3. Формирование структуры мехатронной системы управления, замкнутой по показателям климатического комфорта и основанной на применении инверсных математических моделей 34
2.4. Выводы по второй главе 43
3. Математическая модель комплекса следящих приводов как компонента мехатронных систем управления климатическим комфортом 45
3.1. Структура цифрового следящего привода и подход к формированию его математической модели 45
3.2. Математическая модель цифрового следящего привода на основе двигателя постоянного тока как компонента системы управления климатическим комфортом 49
3.3. Возможность реализации исполнительных следящих приводов системы управления климатическим комфортом и рекомендации по выбору значений параметров регуляторов приводов 64
3.4. Упрощённая линеаризованная математическая модель комплекса исполнительных следящих приводов 69
3.5. Выводы по третьей главе 70
4. Математическая модель исполнительной части мехатронной системы управления климатическими параметрами воздушной среды, окружающей человека 72
4.1. Обобщённая структура исполнительной части мехатронной системы управления климатическими параметрами воздушной среды 72
4.2. Математическая модель подсистемы распределения воздушных потоков и температур в комплексе воздуховодов системы 76
4.3. Математическая модель подсистемы распределения воздуха и температур внутри рабочего пространства 83
4.4. Математическая модель физиотермических реакций человека как компонент системы управления климатическим комфортом 85
4.5. Выводы по четвёртой главе 90
5. Построение и исследование мехатронной системы управления климатическим комфортом в мультизонном рабочем пространстве на основе инверсных моделей 92
5.1. Подход к построению мехатронных систем управления климатическим комфортом и построение вычислителя показателей комфорта 92
5.2. Построение блока коррекции и алгоритма формирования управляющих воздействий на основе инверсных моделей объекта управления 96
5.3. Разработка программы компьютерного моделирования систем управления климатическим комфортом 99
5.4. Повышение точности и согласованности процессов функционирования каналов системы управления климатическим комфортом с помощью комплекса пропорционально-интегральных регуляторов 104
5.5. Пример исследования системы управления климатическим комфортом в салоне автомобиля 107
5.5.1. Компьютерное исследование динамических свойств скорректированного объекта управления 108
5.5.2. Компьютерное исследование свойств мехатроннои системы управления климатическим комфортом 115
5.6. Выводы по пятой главе 118
Основные научные результаты исследования 120
Основные выводы по результатам исследования 121
Список использованных источников 123
Приложения 134
- Примеры мехатронных систем управления климатическим комфортом в мультизонном пространстве
- Показатели климатического комфорта в мультизонном рабочем пространстве как основа повышения качества мехатронных систем управления микроклиматом
- Математическая модель цифрового следящего привода на основе двигателя постоянного тока как компонента системы управления климатическим комфортом
- Математическая модель подсистемы распределения воздуха и температур внутри рабочего пространства
Введение к работе
Актуальность темы. Повышение качества функционирования мехатронных систем управления микроклиматом объектов, в которых находятся люди, выполняющие ответственные действия в составе человеко-машинных систем, представляет собой задачу, имеющую большое значение для экономики страны. Примерами таких объектов являются салоны автомобилей, кабины пилотов самолётов, космических и подводных аппаратов, производственные помещения, в которых изготавливаются ответственные изделия. Успешность и безопасность функционирования таких объектов в значительной степени зависит от самочувствия и работоспособности операторов, для каждого из которых должны создаваться и автоматически поддерживаться благоприятные климатические условия в нескольких связанных с ними зонах мультизонного рабочего пространства.
Несмотря на распространённость систем управления микроклиматом, вопросы повышения их точности и быстродействия исследованы недостаточно. Существующие методы ориентированы в основном на создание разомкнутых систем с ручным управлением. Однако, требования к их качеству непрерывно возрастают, и необходима разработка более совершенных замкнутых систем автоматического управления состоянием мультизонного рабочего пространства. Такие системы должны быть способны корректно учесть комбинированное влияние температуры, влажности, скорости движения воздушного потока и физиологических особенностей человека на восприятие им климатического комфорта. Особенность рассматриваемых систем состоит в том, что они содержат специфические нелинейные многокоординатные объекты управления, объединяющие в своём составе взаимодействующие механические, электрические, пневматические и компьютерные компоненты. Поэтому решение задачи построения высококачественных систем управления климатическим комфортом требует применения принципов и методов, характерных для мехатроники. Сложность объектов управления делает целесообразным использование их инверсных математических моделей для формирования регуляторов систем управления.
Диссертация основывается, прежде всего, на идеях и методах в области мехатроники и компьютерного управления движением, изложенных в трудах И.М.Макарова, Е.П.Попова, В.С.Кулешова, Ю.В.Подураева, Ю.В.Илюхина, Р.Изермана и других отечественных и зарубежных учёных.
Цель исследования - повышение точности и быстродействия мехатронных систем управления микроклиматом в мультизонном рабочем пространстве, построенных на основе инверсной модели объекта управления.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
Разработана концепция построения высококачественных мехатронных систем управления климатическим комфортом в мультизонной рабочей среде.
Разработана математическая модель мехатронной системы управления климатическим комфортом, содержащая многомерный нелинейный электропневмомеханический объект управления.
Разработана структура мехатронной системы управления климатическим комфортом мультизонной рабочей среды, замкнутой по показателям комфорта.
Построен комплекс инверсных математических моделей объекта управления в качестве основы для построения регулятора мехатронной системы управления климатическим комфортом.
Сформированы регуляторы и исследованы динамические свойства мехатронной системы управления климатическим комфортом мультизонной рабочей среды, обладающей повышенной точностью и быстродействием.
Научная новизна работы заключается: - в структуре мехатронной системы управления климатическим комфортом мультизонной рабочей среды, замкнутой по показателям климатического комфорта и содержащей двухкаскадный многоканальный регулятор, построенный на базе инверсной математической модели нелинейного объекта управления и комплекса пропорционально-интегральных регуляторов.
в комплексе статических инверсных математических моделей нелинейного объекта управления как основы для построения двухкаскадного многоканального регулятора мехатронной системы.
в математической модели мехатронной системы управления климатическим комфортом мультизонного рабочего пространства, содержащей средства компьютерного управления и многомерный нелинейный объект управления, в состав которого входят электрические, механические, пневматические и биологические компоненты.
в аналитических зависимостях для вычисления показателей климатического комфорта, используемых в качестве регулируемых переменных системы управления и учитывающих совокупное влияние температур и скоростей движения воздушных потоков в обслуживаемых зонах мультизонного рабочего пространства на восприятие человеком климатического комфорта.
Методы исследования. Использованы методы теории автоматического управления, линейной алгебры, вычислительной математики, термодинамики, электромеханических и пневматических систем. Исследование системы управления выполнено методом математического моделирования с использованием разработанного автором программного обеспечения, функционирующего в среде МАТЛАБ/СИМУЛИНК.
Достоверность полученных результатов определяется корректным применением положений мехатроники, теории автоматического управления, методов электромеханических и пневматических систем и подтверждается совпадением результатов полученных на основе теории и путем математического моделирования, а также положительным опытом внедрения в производство.
Практической ценностью обладают следующие результаты.
1. Алгоритмическое и программное обеспечение, реализованное в среде МАТЛАБ/СИМУЛИНК и позволяющее проводить подробное компьютерное моделирование и разработку систем управления климатическим комфортом.
2. Алгоритм формирования управляющих воздействий, базирующийся на инверсной статической математической модели объекта управления, как основа для компьютерной реализации быстродействующих регуляторов системы управления микроклиматом.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научных семинарах кафедры «Робототехника и мехатроника» МГТУ «Станкин», на XVI международной конференции молодых ученых по проблемам машиноведения МИКМУС-2004, на международной конференции по математическому моделированию в Самаре в 2005 г., на конференции МГТУ СТАНКИН и ИММ РАН «Математическое моделирование и информатика» в 2008 г., на научной конференции «Машиностроение -традиции и инновации» (МТИ-08) в МГТУ «Станкин» в 2008 г.
Внедрение результатов исследования осуществлено в научно-техническом проекте «Чистые комнаты для биологического производства», выполненном ООО Третье монтажное управление «Промвентиляция» в 2006-2007г. для Унитарного Государственного Московского предприятия по производству бактерийных препаратов, входящего в блок Трипсимизации Министерства Здравоохранения РФ.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы нашли отражение в пяти опубликованных печатных работах, в том числе в журнале «Вестник Воронежского государственного технического университета», входящем в перечень изданий, рекомендуемых ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 135 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из ПО наименований и приложения. Основной текст изложен на 122 страницах, включает 30 рисунков и 1 таблицу.
Примеры мехатронных систем управления климатическим комфортом в мультизонном пространстве
В настоящее время для управления микроклиматом в рабочих и жилых помещениях получили распространение так называемые VAV системы рационального кондиционирования, замкнутые по температуре воздуха в помещении [108]. Такие системы регулируют поступающие в помещение воздушные потоки путем использования специальных VAV-боксов, которые состоят из воздушного регулировочного клапана с электроприводом, управляемым контроллером в соответствии с сигналами датчиков перепада давления, датчиков присутствия и регуляторов температуры. В качестве датчика перепада давления в VAV-боксах используется трубка Вентурри. В зависимости от показаний датчика перепада давления контроллер подает сигнал на исполнительный механизм клапана, благодаря чему его лопатка поворачивается на угол, соответствующий определенной мощности потока воздуха, проходящего через VAV-бокс. В результате в обслуживаемой зоне поддерживается требуемая климатическая ситуация. Главными недостатками таких систем являются невозможность раздельного управления состоянием воздушной среды в различных локальных зонах рабочего пространства, отсутствие учёта свойств человека в алгоритмах управления и невысокие динамические свойства. Характерным примером системы управления климатическим комфортом рабочего пространства, в котором находится несколько человек, является автомобильная система, называемая системой климат - контроля. Такого рода системы могут рассматриваться и качестве прототипов систем, которые можно рекомендовать в качестве основы для проектирования систем управления климатическими параметрами и для многих других объектов [105]. Однако такая система управления микроклиматом не лишена недостатков. В частности, она не учитывает влияние теплового излучения со стороны двигателя и солнечной радиации на состояние внутрисалонного воздуха, что приводит к неравномерности распределения температур внутри салона и дискомфорту находящихся в салоне людей. Система не учитывает влияние скорости движения воздуха на восприятие температуры и комфорта человеком и индивидуальность требовании каждого человека к климатическому комфорту [105]. Число зон регулирования в современных системах должно быть значительно большим. Кроме того, применение для целей управления линейных зависимостей не позволяет учесть реальные нелинейности объекта управления, что негативно влияет на качество работы системы управления микроклиматом.
Это свидетельствует об актуальности задачи повышения качества систем управления микроклиматом в мультизонпом пространстве на основе разработки новых структур системы управления и алгоритмов, основанных на непосредственном учёте математических моделей многомерных нелинейных объектов управления. На основании выполненного в первой главе анализа сформулированы приведённые ниже цель и задачи исследования, направленные на повышение точности, согласованности и быстродействия мехатронных систем управления климатическим комфортом в мультпзонной рабочей среде, в которой могут находиться один или несколько человек. Цель исследования — повышение точности и быстродействия мехатронных систем управления микроклиматом в мультизонном рабочем пространстве, построенных на основе инверсной модели объекта управления. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: 1. Разработана концепция построения высококачественных мехатронных систем управления климатическим комфортом в мультизонной рабочей среде. 2. Разработана математическая модель мехатроннои системы управления климатическим комфортом, содержащая многомерный нелинейный электропневмомеханпческий объект управления. 3. Разработана структура мехатроннои системы управления климатическим комфортом мультизонной рабочей среды, замкнутой по показателям комфорта. 4. Построен комплекс инверсных математических моделей объекта управления в качестве основы для построения регулятора мехатроннои системы управления климатическим комфортом. 5. Сформированы регуляторы и исследованы динамические свойства мехатроннои системы управления климатическим комфортом мультизонной рабочей среды, обладающей повышенной точностью и быстродействием. Результаты анализа, выполненного в первой главе диссертации, позволяет сделать следующие выводы. 1. Выполненный анализ факторов влияния климатической среды на жизнеспособность человека показал, что в целях обеспечения высокого уровня производительности труда и здоровья человека, необходимо создание и поддержание климатического комфорта окружающего человека пространства. 2. Повышение качества систем управления климатическим комфортом людей, находящихся в ограниченном рабочем пространстве, является актуальной научной задачей. Под повышением качества понимается увеличение точности, согласованности и быстроты реакций системы.
Показатели климатического комфорта в мультизонном рабочем пространстве как основа повышения качества мехатронных систем управления микроклиматом
Для повышения точности системы управления климатическим комфортом в ограниченном замкнутом рабочем пространстве необходимо сформировать обобщённые переменные, зависящие от переменных состояния воздушной среды в интересующих точках мультизонного рабочего пространства и наиболее полно и точно отражающие их совокупное влияние на ощущения комфорта человеком. Такие обобщённые переменные будем называть показателями климатического комфорта. Формирование показателей климатического комфорта основано на результатах исследований, представленных в работах [98,100,95,80,97,74,92]. В них описаны результаты многочисленных эксперементальных исследований в области климатического комфорта. На основании результатов этих исследований Столджвиком, Ниши, Гаге и Стробелем предложены два чипа безразмерных показателей климатического комфорта, которые целесообразно применять для оценки уровня комфорта в зонах регулирования мультизонного рабочего пространства. Переменные первого типа представляют собой температурные показатели комфорта TCRl,...,TCRL (от слов Thermal Comfort Rate), где L - количество зон регулирования комфорта. Каждый человек имеет отношение к нескольким зонам рабочего пространства и может установить для них желаемые значения температурного показателя комфорта, задав их в диапазоне от -5 до 5, что соответствует значениям температуры от +15С до +37С и качественным оценкам, показанным на рис.2.1. Анализ экспериментальных данных позволил установить, что взаимосвязь значений показателя комфорта TCRi в / - ой зоне регулирования комфорта с ощущаемой человеком температурой 1эквЛ воздушного потока в той же зоне является линейной. Предлагается следующая формула для вычисления температурного показателя климатического комфорта: где Тэкв і - ощущаемая человеком термодинамическая температура в / - ой зоне рабочего пространства, измеряемая в градусах Кельвина; l = \,L. Переменные второго типа - показатели комфорта по скорости движения воздушного потока AFR{,. ..,AFRL (от слов Air Flow Rate). Их значения могут задаваться в диапазоне от 0 до 3, а зависимость субъективных качественных оценок от этих значений приведена па рис. 2.2. Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что показатель комфорта AFR зависит не только от скорости движения воздуха, но и от его температуры.
В результате обработки экспериментальных данных, представленных на рис.2.3, получена эмпирическая формула для вычисления показателя комфорта AFR по скорости движения воздушного потока. Рис. 2.3. Экспериментальные гависимости показателя комфорта по скорости движения воздушного потока от температуры и скорости движения воздуха в зоне регулирования. Показатель комфорта AFR по скорости движения У( воздушного потока в /-ой зоне регулирования комфорта, устремленного к соответствующему участку тела челопека, предлагается пмчислять по формуле всех l = \,L. Скорость V} вычисляется по формуле К = 8 ЬЇ,.І(РАІУ] ГДе Snvj - массовый расход воздуха в /-ой зоне, р-плотность воздуха, А}- площадь /-ом зоны. Применение этих двух типов показателей в мультизонном рабочем пространстве позволит учесть индивидуальность требований к комфорту каждого человека, а также корректно отразить влияние скоростей движения воздуха на восприятие человеком температуры в регулируемой зоне рабочего пространства. Сложность проблемы построения высококачественных систем управления климатическим комфортом обусловлена спецификой их объектов управления, которые с помощью управляемых от ЭВМ следящих приводов реализуют управление движением воздушных потоков и объединяют в своём составе тесно взаимодействующие друг с другом электрические, механические и пневматические компоненты. Как показали результаты анализа их свойств, приведённые в [61, 1-4] и подробно рассмотренные в четвёртой главе, они являются нелинейными многокоординатными динамическими объектами, обладающими внутренними перекрёстными связями. Кроме того, на объект управления действуют возмущения. Поэтому с учётом перечисленных обстоятельств для повышения качества систем управления климатическим комфортом и снижения негативного влияния возмущающих факторов необходимо включить в их состав следящие приводы, сенсорные и компьютерные элементы и сформировать мехатропную многоканальную следящую систему, замкнутую по обобщённым показателям комфорта. Таким образом, регулируемыми переменными мехатронной системы являются (1,х1)-векторы показателей комфорта TCR = (TCRl,...,TCRL)r и AFR iAFR . AFRjf, компоненты которых характеризуют уровень комфорта в обслуживаемых зонах мультизонного рабочего пространства. Фактически речь идёт о создании комплекса следящих систем [1,3,4], в каналах рассогласований которых находится многоканальный регулятор, реализованный с помощью управляющей ЭВМ (рис. 2.4). В этом состоит первая особенность предлагаемой концепции построения высококачественных систем управления климатическим комфортом. Задающими воздействиями являются компоненты двух (х1)-векторов TCRx=(TCRUK,...,TCRLMf И AFRX ={AFRlX9.»tAFR1JK)T, характеризующие желаемые значения регулируемых переменных системы. Отметим, что непосредственное измерение компонентов векторных переменных TCR и AFR невозможно. Однако, целесообразно их косвенное измерение путём вычислений на основании показании комплекса датчиков температуры и расхода воздуха, передающих информацию в компьютерный вычислитель показателей комфорта. Применение такого вычислителя - вторая особенность разрабатываемой концепции.
Математическая модель цифрового следящего привода на основе двигателя постоянного тока как компонента системы управления климатическим комфортом
Математическая модель цифровой подсистемы регулирования тока следящего привода В соответствии с рекомендациями, изложенными в [57,53], для упрощения процедуры синтеза средств коррекции в модели контура регулирования тока якорной цепи двигателя используются только идеальные импульсные элементы, срабатывающие синхронно и синфазно. Замыкание импульсных элементов происходит в дискретные моменты времени t = nT, где Т - период квантования по времени сигналов в цифровой подсистеме регулирования тока; п - номер тактового момента времени, причём п = 1,2,... Реальное запаздывание, обусловленное затратами времени АЦП и управляющей ЭВМ на опрос датчика тока и формирование управляющего Контур регулирования тока содержит элемент сравнения, два идеальных квантователя, замыкающихся синхронно и синфазно, алгоритм регулирования Aj, формирующий элемент и цепь, состоящую из нескольких последовательно соединенных непрерывных элементов. В её состав входят ЦАП с коэффициентом кшп линеаризации его статической характеристики, неизменяемая часть системы, характеризуемая передаточной функцией WTI/(s), датчик сигнала обратной связи по току с коэффициентом передачи kjjj и связанный с ним АЦП, свойства которого описываются коэффициентом кАЦП линеаризации его статической характеристики. Иа вход подсистемы подаётся цифровое управляющее воздействие Um, несущее информацию о желаемом значении тока в обмотке двигателя. Регулируемой переменной / является фактический ток в обмотке двигателя. По цепи обратной связи поступает цифровой сигнал Uocr, пропорциональный измеренному значению тока. Формирующий элемент характеризует свойства запоминающего устройства ЦАП и описывается передаточной функцией Совокупность компонентов, входящих в состав указанной выше цепи, будем назвать непрерывной частью подсистемы регулирования тока.
В состав дискретной модели приведённой непрерывной части подсистемы регулирования тока входит непрерывная неизменяемая часть, передаточная функция которой имеет вид коэффициент передачи неизменяемой части; Тх, Т2, ТСПР-постоянные времени апериодических звеньев, причём ТХ ТМ, Т2 ТЭ, Тм -электромеханическая постоянная времени двигателя с учётом влияния инерционности заслонки, Тэ - электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигателя. Постоянная времени ТСПР характеризует свойства силового преобразователя и затраты времени на аналого-цифровое преобразование сигнала датчика тока. Можно принять причём Тшим - период широтно-импульсной модуляции в силовом преобразователе; іАЦП - длительность процесса аналого-цифрового преобразования. Коэффициент ктн определяется по формуле где кСПР - коэффициент передачи силового преобразователя; Яя - активное сопротивление якорной цепи. Рассматривается неизменяемая часть, значения параметров которой удовлетворяют условиям где Т — период квантования по времени сигналов в подсистеме регулирования тока. Преобразуем структурную схему, приведённую на рис.2.3, таким образом, чтобы выделить результирующий непрерывный объект управления в составе подсистемы регулирования тока и привести её к виду, при котором компоненты прямой цепи замыкаются единичной отрицательной обратной связью (рис.3.3). Для этого объединим модель непрерывной неизменяемой части с описаниями ЦАП, датчика тока и АЦП. идеальные импульсные элементы, срабатывающие синхронно и синфазно. Замыкание импульсных элементов происходит в дискретные моменты времени t = nT, где Т - период квантования по времени сигналов в цифровой подсистеме регулирования тока; п - номер тактового момента времени, причём п = 1,2,... Реальное запаздывание, обусловленное затратами времени АЦП и управляющей ЭВМ на опрос датчика тока и формирование управляющего Контур регулирования тока содержит элемент сравнения, два идеальных квантователя, замыкающихся синхронно и синфазно, алгоритм регулирования Aj, формирующий элемент и цепь, состоящую из нескольких последовательно соединенных непрерывных элементов. В её состав входят ЦАП с коэффициентом кшп линеаризации его статической характеристики, неизменяемая часть системы, характеризуемая передаточной функцией WTI/(s), датчик сигнала обратной связи по току с коэффициентом передачи kjjj и связанный с ним АЦП, свойства которого описываются коэффициентом кАЦП линеаризации его статической характеристики. Иа вход подсистемы подаётся цифровое управляющее воздействие Um, несущее информацию о желаемом значении тока в обмотке двигателя. Регулируемой переменной / является фактический ток в обмотке двигателя. По цепи обратной связи поступает цифровой сигнал Uocr, пропорциональный измеренному значению тока. Формирующий элемент характеризует свойства запоминающего устройства ЦАП и описывается передаточной функцией Совокупность компонентов, входящих в состав указанной выше цепи, будем назвать непрерывной частью подсистемы регулирования тока.
Математическая модель подсистемы распределения воздуха и температур внутри рабочего пространства
Рассматриваемая математическая модель отражает влияние массовых расходов и температур воздушных потоков, поступающих в рабочее пространство из отверстий воздухораспределительной подсистемы, па массовые расходы и температуры воздушных потоков, воздействующих на регулируемые зоны мультизонного рабочего пространства. В соответствии с функциональным назначением мехатронной системы обслуживаемые зоны выбираются в непосредственной близости от тех или иных участков тела людей, находящихся в рабочем пространстве. Например, в транспортном средстве может находиться водитель, рядом с ним пассажир на переднем сидении и сзади ещё два члена экипажа. Вокруг каждого человека создаётся несколько зон регулирования климатических параметров окружающей среды, значения которых должны отвечать требованиям, предъявляемым к уровню комфорта. Математическая модель подсистемы распределения массовых расходов и температур воздуха внутри рабочего пространства характеризуется уравнением где W = ww - ( х )-квадратная матрица коэффициентов влияния wxlv..,wLL потоков воздуха, выходящих из выпускных отверстий подсистемы распределения воздуха, на потоки, образующиеся в результате их частичного смешивания в обслуживаемых зонах рабочего пространства и оказывающие непосредственное воздействие на комфортность воздушной среды. Эти коэффициенты характеризуют свойства рабочего пространства, определяются экспериментально и представляют собой эмпирические оценки перекрёстных связей, существующих в объекте системы управления климатическим комфортом. Оценка значения компонента т1 ( хі)-вектора Т = (T1,T2,-.,TL)T, представляющего собой температуру воздуха в /-ой зоне рабочего пространства, с учётом рассеивания тепловой энергии на основании работы [98] и функциональной зависимости Грубера [75] производится по эмпирической формуле где Тср- среднее значение температуры салона; 0i=gebajg„onnJ SnormJ-определённый экспериментально нормирующий параметр, имеющий размерность массового расхода и характерный для /-ой зоны рабочего пространства; teblx.i - усреднённая температура результирующего воздушного потока, поступающего в регулируемую зону; l = \,...,L. Величина твьіх.і оценивается по формуле Каналы транспортирования воздуха обладают хорошей теплоизоляцией. Поэтому можно принять Тс1 - твхЛ = твХш2 -... = TexN, Необходимо отметить, что разработанная математическая модель подсистемы распределения массовых расходов и температур воздуха внутри рабочего пространства свидетельствует о наличии перекрёстных связей между каналами исполнительной части системы управления климатическим комфортом.
Значения массовых расходов и температур в обслуживаемых зонах рабочего пространства влияют на физиотермические реакции находящихся в рабочем пространстве людей и их ощущения комфортности окружающей среды. Принципиально важная особенность системы управления климатическим комфортом заключается в том, что в её составе находится один или несколько человек, которые являются её специфическими биологическими компонентами. Проблема состоит в том, что, как выявлено в ряде исследований [62,65,73,75,76,78,85,86,88,97,102], ощущаемая человеком температура окружающего воздуха, влияющая на восприятие комфорта, отличается от реальной температуры окружающего воздуха. Поэтому в системе управления микроклиматом, ориентированной на потребности человека и его самочувствие, важно максимально точно учесть особенности восприятия человеком температуры окружающей его тело воздушной среды. Таким образом, возникает необходимость в создании математической физиотермической модели человека. Человеческий организм является сложной адаптивной системой [9,88,102], стабилизация температуры которой при низких температурах окружающей среды осуществляется за счет притока крови к поверхностным тканям, а при высоких температурах включаются механизмы потоотделения и дыхания, обеспечивающие интенсивный отвод избытка тепла. Представленная модель рассчитывает значения эквивалентных температур участков тела человека, при помощи которых можно оценить степень комфортности в тех или иных климатических условиях, создаваемых в рабочем пространстве, например, внутри салона автомобиля. В работе [77,88,102] показано, что значения температур большинства тканей и органов человеческого тела приблизительно одинаковы. То же можно сказать и о теплоємкостях и теплопроводностях различных участков тела человека. Поэтому можно создать математическую модель теплопроизводительности, теплопередачи и теплопотери тела человека, служащую базой для построения системы управления микроклиматом. Ряд таких систем известны: системы Уиндхэма, Висслера Е.Х., Смита и Джеймса [96,88,102]. Именно на основе этих систем создано большинство современных систем управления микроклиматом.
