制冷系统仿真的IDEF分析

    1 功能模型

    随着近年来对制冷系统设计方法现代化的呼声渐高,国内外不少专家学者投入到制冷系统仿真研究之中.目前国内很多学者采用数学与实验手段研究制冷装置的数学模型,进行动态仿真,并为自动控制提供基础[1].整个仿真过程的核心就是利用控制论的分析方法,通过传递函数来分析并建立数学模型.本文尝试采用IDEF方法进行分析,提出构建两级模型:整体功能模型和部件仿真子模型,实现仿真目的.

    本研究的制冷系统仿真是以开发一个完整的制冷CAD系统为基础,以空调器产品为例,它的IDEF节点树如图1所示.IDEF是当前国际上的一种对复杂系统进行分析与建模的方法.它在降低开发费用、尤其在减少系统错误,促进开发者与用户交流的一致性方面以及加强开发管理方面都会产生效益[2].

    要构建一个仿真系统,必须先对这个系统的概念和功能有一个全面的了解.借用IDEF对系统功能活动及其进程较强的描述能力,可以建立系统整体结构的功能模型.将整个模型分为6个子模块,如图2所示.

    2 信息模型

    利用IDEF建立起空调器产品仿真系统的功能模型,即单个的Box图表.每单个Box图表即是一个子模型,每个子模型作为系统的一部分,之间相互联系、相互影响,但自身也具有一定的独立性.下一步将空调器设计仿真中各主要部件分解细化、描述清楚,弄明白每个Box的输入、输出、控制和机制,这4个量可以是功能描述,也可以是具体的参数,这就是ICOM码.按照这种分析思路,一一列出每个Box所涉及到的参数、计算公式、数学方程和计算方法,建立反映数据信息流动的信息模型.其中,数据流图形式如图3所示.

    这里要强调一下ICOM码的作用,将所有的ICOM码统一编码建立数据库表,包括已知和未知的参数变量,很多重要的计算结果也可以临时编码添入ICOM码表中.它的作用体现在:a.无论系统有多复杂,流动的数据量有多少,都可以一览无余的呈现在设计人员的眼前;b.方便设计人员查询、添加、修改、删除和系统仿真程序的调用;c.整个系统及各部件的参数都集中在这一张数据库表中,使得程序中各界面无需再显示这些参数,界面简洁明了;d.可直接导出到下一步的生产/制造系统中进行产品设计生产,仿真程序无需再另外建立数据库文件统计产品设计生产所需的参数.

    3 仿真数学模型及仿真程序

    针对压缩机仿真、冷凝器仿真、毛细管仿真和蒸发器仿真4个子模块,建立相应的部件数学模型[3],其间必须满足2个条件:a.保证数学模型的正确性和合理性,不能太简单,也不能过分复杂;b.尽可能满足跟实际设计相符合的仿真效果和精度.