Transcript Diaporame de présentation de Matlab et Simulink

Formation MATLAB
MATLAB : INTRODUCTION
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.
Neural
Network
Filter Design
MATLAB
Image
processing
Wavelet
Fenêtre de
commande
Fenêtres
graphiques
Toolboxes
REPRÉSENTATION GLOBALE
Exemples de ToolBoxes
MATLAB : PRÉSENTATION
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, …
MATLAB : PRÉSENTATION
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.
MATLAB : PRÉSENTATION
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 ».
MATLAB : PRÉSENTATION
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 : INTRODUCTION
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
SIMSCAPE : GÉNÉRALITÉS
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.
SIMSCAPE : CONNECTIONS
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.
SIMSCAPE : CONNECTIONS
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.
SIMSCAPE : CONNECTIONS
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
SIMSCAPE : CONNECTIONS
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.
SIMSCAPE : CONNECTIONS
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.
SIMSCAPE : LIBRAIRIES
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 :
SIMSCAPE : RÈGLES
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.
SIMSCAPE : EXEMPLES
Oscillateur mécanique :
SIMSCAPE : EXEMPLES
Oscillateur électrique :
SIMULINK : INTRODUCTION
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…
SimPowerSystems
SIMULINK
Neural
Network
Filter Design
MATLAB
Image
processing
StateFlow
Wavelet
Fenêtre de
commande
Fenêtres
graphiques
Toolboxes
REPRÉSENTATION GLOBALE
SimScape
SimMechanics
Blocksets
Solid
Works
SIMULINK : PRÉAMBULE
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 :
SIMULINK : LIBRAIRIES
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
SIMULINK : LIBRAIRIES
Librairie « Commonly
used ». Contient les
blocs les plus fréquents :
Constante
Gain
Sommateur
Intégrateur
Mux
…
SIMULINK : LIBRAIRIES
Librairie
«
Sinks
Contient les blocs
sorties, en particulier :
».
de
Visualisation graphique :
Scope, Floating Scope,
Display
Enregistrement
des
données : To File, To
Workspace
Création de
sortie : Out1
ports
de
SIMULINK : LIBRAIRIES
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
SIMULINK : TRAVAIL DIRIGÉ
Exercice de prise en main de Simulink :
Visualisation simultanée d’une sinusoïde et de son intégrale
SIMULINK : TRAVAIL DIRIGÉ
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
SIMULINK : TRAVAIL DIRIGÉ
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
SIMULINK : TRAVAIL DIRIGÉ
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.
SIMULINK : TRAVAIL DIRIGÉ
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 :
SIMULINK : TRAVAIL DIRIGÉ
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
SIMULINK : TRAVAIL DIRIGÉ
6 – Simulation :
Cliquer sur l’icône
lancer la simulation
Double-cliquer sur le
pour visualiser le résultat
Cliquer sur l’icône
adapter la fenêtre à la taille
pour
scope
pour
Paramètres de simulation :
SIMULINK : SIMULATION
Menu « Simulation » → « Configuration Parameters »
SIMULINK : SIMULATION
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
SIMULINK : SIMULATION
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).
SIMULINK : SIMULATION
Types de solveurs : « variable-step »
SIMULINK : SIMULATION
Types de solveurs : «fixed-step »
Différences entre pas fixe et pas variable :
SIMULINK : SIMULATION
« 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 :
SIMULINK : 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.
SIMULINK : MÉTHODOLOGIE
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