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飞机舱内自动压力调节系统（APS）模型

机舱内的自动压力调节系统 (APS) 设计用于在不同的飞行阶段（起飞、巡航飞行、着陆）保持机舱内的安全压力。

模型示意图：

pressure_control_system_in_aircraft_1743418578183.png

系统的物理部分

单元 SCV - 以恒定的压力和温度模拟空调系统的供气。

块 管道阻力（2 块）--模拟空气管道中的压力损失。

模块 车厢容积 - 动态车厢模型，压力随空气注入/排出而变化。

区块排气阀 - 调节超压排入大气，由区块大气描述。

控制系统

模型中的控制系统由红色块组成，其中包括 ** 以巴为单位的座舱压力传感器** - 将米为单位的海拔高度转换为同一高度的压力，根据定律：$P = (1 \cdot 10^{-5}) \cdot 101325 \cdot \left(1 - 0.003 \cdot u \cdot 0.3048 / 288.15\right)^{9.80665 / (0.0065 \cdot 287.05287)},$ ，其中$u$ 为海拔高度。

  • 总结器** - 计算设定值和测量值之间的不匹配信号。 PID 控制器、 ** 滞后单位、 ** 帕到巴的转换单位。

外部条件

外部条件由蓝色图块定义。假设：温度恒定。压力由块定义，从海拔高度转换为海拔高度的压力，其定律为：$P = (1 \cdot 10^{-5}) \cdot 101325 \cdot \left(1 - 0.003 \cdot u \cdot 0.3048 / 288.15\right)^{9.80665 / (0.0065 \cdot 287.05287)},$ ，其中$u$ 为海拔高度。

飞行计划

代表飞行计划的图块描述了飞机高度如何随时间变化。它们在图中被涂成绿色。

飞行计划**块的输入为模型时间，输出为高度值（以米为单位）。

定义加载和启动模型的函数：

In [ ]: 
function start_model_engee()
    try
        engee.close("pressure_control_system_in_aircraft", force=true) # закрытие модели 
        catch err # в случае, если нет модели, которую нужно закрыть и engee.close() не выполняется, то будет выполнена её загрузка после catch
            m = engee.load("$(@__DIR__)/pressure_control_system_in_aircraft.engee") # загрузка модели
        end;

    try
        engee.run(m, verbose=true) # запуск модели
        catch err # в случае, если модель не загружена и engee.run() не выполняется, то будут выполнены две нижние строки после catch
            m = engee.load("$(@__DIR__)/pressure_control_system_in_aircraft.engee") # загрузка модели
            engee.run(m, verbose=true) # запуск модели
        end
end
Out[0]:
start_model_engee (generic function with 1 method)

运行模拟

In [ ]: 
start_model_engee();

Building...
Progress 0%
Progress 5%
Progress 10%
Progress 15%
Progress 21%
Progress 26%
Progress 32%
Progress 37%
Progress 42%
Progress 47%
Progress 53%
Progress 58%
Progress 63%
Progress 68%
Progress 74%
Progress 79%
Progress 84%
Progress 90%
Progress 95%
Progress 100%
Progress 100%

将模拟数据写入变量：

In [ ]: 
t = simout["pressure_control_system_in_aircraft/Задатчик давления в кабине в барах"].time[:]
control_pressure = simout["pressure_control_system_in_aircraft/Задатчик давления в кабине в барах"].value[:]
cabin_pressure_bar = simout["pressure_control_system_in_aircraft/Давление в кабине в барах"].value[:]
altitude = simout["pressure_control_system_in_aircraft/Высота в метрах"].value[:]
external_pressure = simout["pressure_control_system_in_aircraft/Давление на высоте, в Па"].value[:]
cabin_pressure_pa = simout["pressure_control_system_in_aircraft/Датчик давления в кабине, Па.1"].value[:];

数据可视化

In [ ]: 
using Plots

飞行计划包括 5 个步骤： 1.地面停车（1355 秒）。 2.起飞和爬升（500 秒）。 3.巡航飞行（1200 秒）。 4.下降和着陆（400 秒）。 5.飞行后停车（1531 秒）。

In [ ]: 
plot(t, altitude, linewidth=2, xlabel="Время, с", ylabel="Высота, м", title="План полёта", legend=false)
Out[0]:

根据飞行高度的变化，外部压力以及机舱内的压力都会按照控制规律发生变化：

In [ ]: 
plot(t, external_pressure, linewidth=2, label="Давление на высоте полёта")
plot!(t, cabin_pressure_pa, linewidth=2, label="Давление в кабине", xlabel="Время, с", ylabel="Давление, Па", legend=:bottomright)
Out[0]:

为了保证乘客在飞机上的舒适度，需要保持这种压力差。但机舱内的压力比正常情况下的压力要低一些，这是由飞机结构的强度要求决定的。

设定和测量的机舱压力图：

In [ ]: 
plot(t, control_pressure, linewidth=2, label="Заданное давление в кабине")
plot!(t, cabin_pressure_bar, linewidth=2, label="Измеренное давление в кабине", xlabel="Время, с", ylabel="Давление, бар", legend=:bottomright)
Out[0]:

结论

在这个例子中，我们考虑了飞机机舱内的自动压力控制系统模型。分析图表后，我们可以得出这样的结论：在飞行的各个阶段，调节器都能将压力保持在设定的水平。

示例中使用的块