diaporama de présentation de matlab et simulink
TRANSCRIPT
Formation MATLAB
MATLAB® (pour MATrix LABoratory) est un logiciel scientifique de calcul numérique créé en 1984 par Mathworks. MATLAB c’est :
Un environnement puissant, complet et facile à utiliser destiné au calcul scientifique et à sa visualisation graphique ;
Plusieurs centaines de fonctions mathématiques, scientifiques et techniques regroupées en Toolboxes (ou « Boites à Outils ») ;
Simulink, un environnement puissant de modélisation par schémas-blocs et de simulation de systèmes linéaires ou non, continus ou discrets.
Des bibliothèques de blocs Simulink spécialisés (BlockSets) dans divers domaines.
Filter Design
Fenêtre de commande
Fenêtres graphiques
Image processing
Neural Network
Wavelet
MATLAB
Toolboxes
Exemples de ToolBoxes
La fenêtre de commande (ou ligne de commande) :c’est l’outil de base de Matlab. Elle permet entre autre de faire n’importe quelle opération, de définir et affecter les variables d’environnement, d’utiliser les toolboxes via leurs fonctions, …
La fenêtre d’historique de commande :permet de répéter les commandes précédentes en double-cliquant sur la commande concernée dans cette fenêtre. On peut obtenir le même résultat en ligne de commande par l’appui répétitif sur la touche « fléche haut » du pavé numérique.
La fenêtre d’espace de travail :Cette fenêtre permet de visualiser les différentes variables existantes, en affichant leur nom, leur contenu (ou leur dimension) ainsi que le min et le max des données qu’elle contient. On peut obtenir la liste des variables ainsi que leurs dimensions en ligne de commande en tapant la commande « whos ».
La fenêtre de répertoire courant :Cette fenêtre permet de visualiser le repertoire de travail dans lequel vous êtes. C’est ici que sont chargés/enregistrés les scripts, les modèles ou les données.
SIMSCAPE™ étend la gamme de produits Simulink avec des outils de modélisation et de simulation de systèmes physiques dans les domaines suivants :
Mécanique
Hydraulique
Pneumatique
Thermique
Electrique
Electromagnétique
A l’instar de Simulink, SimScape à une approche de réseau physique ressemblant à un schématique où :
Les blocs correspondent à des composants physiques : un ressort, une pompe, un moteur, une résistance, …
Les connecteurs de ces blocs sont typés.
Les liaisons correspondent à des connections physiques permettant le transfert d’énergie.
2 Types de connecteur :
Port physique conservatif : port bidirectionnel représentant une connection physique , lié aux variables physiques du type de port.
Port de signal physique : port unidirectionnel qui transfert un signal typé. Ils permettent l’action ou la mesure d’une certaine grandeur physique en un ou plusieurs points du réseau.
Port physique conservatif :
Caractérisé par son couple de variables conjuguées : les variables « Through » (traversante) et « Across » (transversale).
La fonctionnalité de chaque bloc est définie par la relation entre ces 2 variables.
Types de variable :
Domaine Physique Variable « transversale »
Variable « traversante»
Electrique Tension Courant
Hydraulique Pression Débit
Magnétique Force magnétomotrice Flux
Mécanique rotationnelle Vitesse angulaire Couple
Mécanique translationnelle Vitesse linéaire Force
Pneumatique Pression et température Débit massique et Flux thermique
Thermique Température Flux thermique
Port physique de signal :
Permet de manipuler directement une grandeur précise.
Comportement semblable aux signaux Simulink.
Librairie d’opérateurs mathématiques spécifiques.
Permet le lien entre SimScape et Simulink.
Lois des réseaux :
En chaque nœud, la somme des variables traversantes entrantes est égale à la somme des variables traversantes sortantes.
Chaque port conservatif connecté à un nœud possède la même variable transversale.
Librairies SimScape :
Chaque domaine physique possède sa propre librairie divisée en plusieurs catégories :
Eléments (divisée éventuellement en sous-catégories)
Actionneurs
Capteurs
Utilitaires (pour certains domaines seulement)
Librairie spécifique pour les signaux physiques.
Librairie d’utilitaires : contient les blocs permettant la simulation du réseau et l’interfaçage avec Simulink
Règles de conception :
Deux ports conservatifs de nature différentes ne peuvent pas être reliés entre eux.
Chaque réseau physique doit posséder au moins une référence.
Chaque réseau physique doit posséder un solveur : c’est lui qui va résoudre les équations du réseau physique en chaque nœud en tenant compte des relations entre variables imposées par les composants. Il peut être connecté à n’importe quel lien du réseau physique.
Oscillateur mécanique :
Oscillateur électrique :
SIMULINK® permet de modéliser, simuler et analyser les systèmes dynamiques. Il supporte les systèmes linéaires et non-linéaires, modélisé en temps continus, discrets ou hybrides.
Il est largement utilisé dans le monde, dans différents domaines tels que :
Aérospatial et Défense
Automobile
Communications
Electronique et Traitement du signal
Instrumentation médicale…
SIMULINK
Filter Design
Fenêtre de commande
Fenêtres graphiques
Image processing
Neural Network
Wavelet
SimMechanics
MATLAB
SimScape
SimPowerSystems
StateFlow
ToolboxesB
locksets
SolidWorks
Toutes représentations sous Simulink se fait au moyen de blocs, caractérisés par leur fonction et leurs entrées/sorties :
Ils sont reliés entres eux par des signaux temporels :
L’outil principal de Simulink est l’explorateur de librairies.
Il comprend tout ce qui est nécessaire sous Simulink :
Les blocs regroupés en librairies par caractéristiques communes
La barre d’outils pour la gestion des modèles
Une aide très complète
Librairie « Commonly used ». Contient les blocs les plus fréquents :
Constante
Gain
Sommateur
Intégrateur
Mux
…
Librairie « Sinks ». Contient les blocs de sorties, en particulier :
Visualisation graphique : Scope, Floating Scope, Display
Enregistrement des données : To File, To Workspace
Création de ports de sortie : Out1
Librairie « Sources ». Contient les blocs d’entrées, en particulier :
Génération de signaux : Step, Sine Wave, Ramp, Pulse Generator, …
Chargement de données : From File, From Workspace
Création de ports d’entrée : In1
Exercice de prise en main de Simulink :
Visualisation simultanée d’une sinusoïde et de son intégrale
1 – Création d’un nouveau modèle :
Cliquez sur l’icône
dans la barre d’outils Matlab
Cliquez sur l’icône
Pour créer un schéma-bloc.
Pensez à enregistrer votre modèle dans votre espace de travail
2 – Ajout des blocs :
Ajout par « glisser / déposer » (drag and drop) de la fenêtre de librairie vers la fenêtre du modèle :
Librairie « commonly used » :
Intégrateur, Mux
Librairie « Sinks » :
Scope
Librairie « Sources » :
Sine Wave
3 – Organisation des blocs :
Pour déplacer un bloc vous pouvez :
Cliquer et glisser le bloc
Sélectionner le bloc, et le déplacer au moyen des flèches du clavier.
Lorsque vous déplacez un bloc, si l’une de ses entrée/sortie coïncide avec une sortie/entrée d’un autre bloc, un trait bleu apparait.Cela vous permet d’aligner convenablement les blocs.
4 – Connection des blocs :
Pour connecter une entrée à une sortie vous devez :
Cliquer sur le port (une croix apparait)
Maintenir enfoncé le bouton. En Arrivant sur l’autre port, une double croix apparait.
Relacher le bouton de la souris
Connections à réaliser :
5 – Création d’un branchement :
Pour brancher une entrée à un signal existant vous devez :
Cliquer sur le port (une croix apparait)
Maintenir enfoncé le bouton. En Arrivant sur le signal, une double croix apparait.
Relacher le bouton de la souris
6 – Simulation :
Cliquer sur l’icône pour lancer la simulation
Double-cliquer sur le scope pour visualiser le résultat
Cliquer sur l’icône pour adapter la fenêtre à la taille
Paramètres de simulation :
Menu « Simulation » → « Configuration Parameters »
Intervalle de simulation :
Temps de début : généralement laissé à 0s.
Temps de fin : dépend des caractéristiques temporelles des signaux à visualiser (par défaut = 10s). Pour une simulation en continu, mettre la valeur à « inf ».
Solveur : résolution numérique par pas temporels
Zoom sur une région :
la résolution numérique
se fait à intervalles de
temps variables ou fixes.
la solution globale est
obtenue par interpolation
linéaire entre ces différents points (segments de droites).
Types de solveurs : « variable-step »
Types de solveurs : «fixed-step »
Différences entre pas fixe et pas variable :
« Variable-step » :
+ : précision (adaptation du pas aux variations du signal)
- : lenteur (processus itératif pour calcul du pas variable)
« Fixed-step » :
+ : rapidité (calcul direct)
- : précision (dépend des variations du signal)
En cas de « mauvaise » simulation :
Préférer au maximum un « Variable-step » (par défaut). Mettre une valeur de « Max Step Size » suffisamment petite.
Si calcul de simulation trop long, préférer alors un « Fixed-step », mettre une valeur suffisamment petite pour le pas.
A savoir :
Si vous avez des non-linéarités dans votre modèle, choisir un solveur « stiff » (odes).
Le « Fixed-step » est le seul qui soit réalisable physiquement (période d’échantillonnage fixe) et donc le seul qui permet de la génération de code ou l’implémentation dans un composant.
Le processus de modélisation d’un système peut être décomposé en 6 étapes :
Définition du système
Identification des composants
Mise en équations
Conception du schéma-bloc
Simulation du système
Validation du modèle
Fin