通过事件接口实现恒温器

一个恒温器是一种感知系统温度并使用此信息来控制系统加热器或冷却器的设备，以使温度接近所需的设定值。尽管有许多不同类型的恒温器，但今天我们将集中在一个基于两个设定点上打开或关闭加热器的恒温器上。这被称为开关或aBang-Bang控制器，可以用事件comsol多物理学中的接口。

恒温器如何工作

让我们考虑一个类似于您在家中的恒温器。虽然有很多不同类型的恒温器，他们中的大多数都使用相同的控制方案：一种监视温度在系统内的传感器，通常距离加热器一定距离。当感应的温度降至所需的下坐标以下时，恒温器会开关加热器。随着温度上升到所需的上设定点，恒温器会关闭加热器。这被称为Bang-Bang控制器。实际上，您通常只有一个设定点，并且有一个偏移或滞后，用于定义上下设定点。

具有不同上下设定值的目的是最大程度地减少加热器状态的开关。如果上下设定点相同，则恒温器将不断循环加热器，这可能导致过早的组件故障。如果您确实想实现这样的控件，则只需要知道传感器的当前温度即可。这可以很容易地在comsol多物理学中进行建模，正如我们在此突出的那样以前的博客文章。

另一方面，Bang-Bang控制器更为复杂，因为它确实需要了解系统历史记录。当温度上升到设定点以上或下方时，加热器会改变其状态。换句话说，控制器提供滞后。在comsol多物理学中，可以使用事件界面。

使用事件控制加热器的接口

当使用comsol多物理来求解时间相关模型时事件接口用于在特定点停止时间步长算法，并提供更改变量值的可能性。这些事件发生的时间可以明确或隐式指定。一个显式事件当我们知道有关系统发生变化的时间点时，应使用。我们之前曾在博客上在博客上写过有关此主题的文章对周期热负荷进行建模。一个隐式事件另一方面，发生在未知的时间点，因此需要更多的设置。让我们看一下在下面显示的热模型的上下文中如何完成的。

正在考虑的热系统的草图。

考虑以2D平面建模的实验室芯片设备的简单热模型。一毫米厚的载玻片在一侧有一个加热器，另一侧有一个温度传感器。我们将把加热器视为底部表面一部分分布的1W热载荷，我们将假设顶部表面上有一个很小的热温度传感器。从幻灯片的顶部到周围环境也有自由的对流冷却，以热通量边界条件进行建模。该系统最初在20°C下，我们希望将传感器保持在45°C和55°C之间。

组件耦合用于定义变量T_S，传感器温度。

我们需要做的第一件事 - 在使用事件界面 - 如上图所示，通过集成组件耦合和变量来定义传感器点处的温度。之所以这样做的原因是在这一点上进行温度，t_s，可用事件界面。

这事件界面本身与Comsol多物理学中的任何其他物理接口一样添加。它可以在数学> ODE和DAE接口分支。

这离散状态接口用于定义加热器的状态。最初，加热器正在打开。

首先，我们使用事件定义一组的接口离散变量，时间不连续的变量。这些适合在这里进行建模/关闭条件。这离散状态上面显示的界面定义了一个变量，加热器，这乘以施加的热负荷固体中的传热问题。该变量可以是一个或零，具体取决于系统的温度历史记录。初始条件是一种，这意味着我们正在使用加热器开始模拟。重要的是，我们在此处设置适当的初始条件。它是这个加热器根据模拟过程中的传感器温度而更改的变量。

二指标状态在里面事件界面取决于传感器温度。

触发更改加热器可变，我们需要首先介绍两个指标状态。目的指标状态是定义将指示何时发生事件的变量。定义了两个指示变量。这向上指标变量定义为：

T_S -55 [DEGC]

随着传感器温度上升到55°C以上，从阴性到正的平稳。同样，下指示器变量将从45°C下的负变量顺利进行。我们将要触发更改加热器这些指标变量更改符号，变量。

这加热器变量在事件界面。

我们使用隐性事件接口，因为我们不知道这些事件会在发生这些事件的时间，但是我们确实知道要在什么条件下改变加热器的状态。如上所示，两个隐式事件功能用于将加热器的状态重新定位为零或一个，具体取决于何时向上和下指标变量分别大于或小于零。当逻辑条件变为真时，将触发事件。一旦发生这种情况，瞬态求解器将停止并重新启动新初始化加热器可变，用于控制施加的热量，如下所示。

这加热器可变控制施加的热量。

在解决此模型时，我们可以对求解器设置进行一些更改，以确保我们具有良好的准确性并仅保留最重要的结果。我们将要在总计30分钟的时间内解决该模型，我们只能在求解器采取的时间步骤中存储结果。这些设置如下所示。

时间依赖性求解器的研究设置将总溶液时间从0-30分钟设置为0-30分钟，相对公差为0.001。

我们需要在设置中为时间依赖的求解器做出一些更改。这些更改可以在解决方案之前首先右键单击学习分支，选择“显示默认求解器”，然后进行下面显示的两个更改。

修改默认求解器设置。事件公差将其更改为0.001，并且要存储的输出时间设置为求解器采取的步骤。

当然，与任何有限元仿真一样，我们将需要研究溶液的收敛，因为精制了网格并使求解器的公差更加紧密。代表性仿真结果在下面突出显示，并证明了如何在上下设定点之间保持传感器温度。另外，观察到求解器在每个事件后立即采取较小的时间步长，但是当解决方案逐渐变化时，较大的时间步骤。

加热器打开和关闭以保持传感器温度之间的设定点之间的温度。

概括

我们在这里证明了如何使用隐式事件来停止和重新启动求解器以及控制模型的变量。这使我们能够对磁滞（例如恒温器）进行建模系统，并以最低的计算成本进行模拟。