Simscape

Principales fonctionnalités

  • Environnement unique pour la modélisation et la simulation de systèmes physiques mécaniques, électriques, hydrauliques, thermiques et autres systèmes physiques multidomaine
  • Bibliothèques de blocs de modélisation physique et d'éléments mathématiques pour développer des composants personnalisés
  • Langage Simscape reposant sur MATLAB permettant la création au format textuel de composants, de domaines et de bibliothèques de modélisation physique
  • Unités physiques pour les paramètres et les variables, avec toutes les conversions d'unités automatiquement prises en charge
  • Possibilité de simuler des modèles incluant des blocs des produits de modélisation physique additionnels sans acheter ces produits
  • Prise en charge de la génération de code C

Modélisation d’un moteur à courant continu 5:01
Ce modèle est élaboré à partir des composants physiques (électriques et mécaniques) de la modélisation.

Simscape est utilisé pour optimiser les performances au niveau système et pour créer des modèles physiques pour la conception de lois de commande. Les modèles que vous créez prennent en charge l'intégralité de votre processus de développement, dont les simulations hardware-in-the-loop (HIL).

Simscape - servo-valve
Vue en coupe d'une servo-vanne électro-hydraulique qui utilise un amplificateur de système buse-palette, surligné en jaune (à droite). Les blocs colorés du modèle Simscape associé (à gauche) correspondent aux flèches colorées qui représentent les flux hydrauliques classiques.

Modélisation de systèmes physiques

Simscape permet de créer un modèle d'un système de la même façon que vous assembleriez un système physique. Pour créer des modèles, Simscape utilise une approche de réseau physique, également appelée modélisation acausale : Les composants (blocs) qui correspondent aux éléments physiques, comme les pompes, les moteurs et les ampli op, sont reliés par des lignes qui correspondent aux connexions physiques qui transmettent l'énergie. Cette approche vous permet de décrire la structure physique d'un système plutôt que les mathématiques sous-jacentes. À partir de ce modèle, qui ressemble étroitement à un schéma, Simscape crée automatiquement les équations algébriquo différentielles (DAE) qui caractérisent le comportement du système. Ces équations sont intégrées au reste du modèle Simulink et sont résolues directement. Les variables des composants des différents domaines physiques sont résolues simultanément, éliminant les problèmes de boucles algébriques.

Bibliothèques de composants

Simscape permet de créer des modèles de composants personnalisés à l'aide des éléments de base contenus dans ses bibliothèques.

Modélisation de composants mécaniques

Simscape offre des composants mécaniques de base pour représenter le mouvement unidimensionnel de translation et de rotation. Outre ces éléments de base comme la masse, le ressort et l'amortisseur, des effets non linéaires, comme le jeu et le frottement, sont également inclus. Les blocs d'interface fournis avec SimMechanics™ et SimDriveline™ vous permettent de connecter les modèles Simscape aux modèles créés avec ces outils.

Modélisation de composants électriques

Simscape fournit des composants électriques de base pour représenter des composants et des circuits électriques. Outre les éléments de base comme les résistances, les condensateurs et les inductions, des éléments plus complexes, comme les ampli op et les transformateurs, sont également inclus. Des composants électroniques et électromécaniques plus sophistiqués sont disponibles dans SimElectronics™.

Modélisation d’un moteur à courant continu 5:01
Ce modèle est élaboré à partir des composants physiques (électriques et mécaniques) de la modélisation.

Modélisation de composants hydrauliques

Simscape fournit des composants hydrauliques de base qui modélisent les effets hydrauliques fondamentaux et qui peuvent être combinés pour créer des composants hydrauliques plus complexes. Ces blocs définissent la relation pression/débit permettant de modéliser les effets physiques fondamentaux, comme la compressibilité et l'inertie des fluides, le frottement mécanique, et le débit par des orifices de base fixes et variables. Vous pouvez définir un fluide en saisissant ses propriétés. Des composants hydrauliques plus sophistiqués sont disponibles dans SimHydraulics™.

Modélisation d’un vérin et d’une valve directionnelle à quatre positions 3:41
Ce modèle est élaboré à partir des composants physiques (électriques et hydrauliques) de la modélisation.

Modélisation d'effets thermiques

Simscape fournit des composants de base thermiques pour modéliser et simuler les effets thermiques dans votre système. Vous pouvez modéliser un transfert de chaleur par conduction, par convection et par rayonnement, ainsi que la masse thermique des éléments. Grâce aux blocs de source thermique, vous pouvez imposer la température ou le transfert de chaleur. Grâce aux blocs du capteur thermique, vous pouvez mesurer le flux thermique ou la température.

Modélisation du transfert de chaleur dans un projecteur 8:00
Ce modèle est élaboré à partir des composants physiques (thermiques) de la modélisation.

Manipulation des signaux physiques

Avec Simscape, vos modèles peuvent inclure des signaux physiques auxquels des unités sont associées. Vous indiquez les unités et les valeurs des paramètres dans les boîtes de dialogue du bloc et Simscape effectue les opérations de conversion d'unités nécessaires lors de la résolution d'un réseau physique. La bibliothèque de signaux physiques vous permet de réaliser des opérations mathématiques sur des signaux physiques et de saisir graphiquement des équations à l'intérieur du réseau physique. Les ports du signal physique sont utilisés dans l'environnement schéma bloc de Simscape pour mieux intégrer les signaux physiques dans votre système physique, améliorant la vitesse de calcul.

Grâce aux éléments contenus dans ces bibliothèques, vous pouvez créer des composants plus complexes qui couvrent différents domaines physiques. Comme avec Simulink, vous pouvez ensuite grouper cet ensemble de blocs dans un sous-système et le paramétrer pour réutiliser et partager ces composants.

Vous pouvez utiliser les blocs du capteur dans Simscape pour mesurer les valeurs des différentes quantités physiques, comme les variables mécaniques (force/couple, vitesse), hydrauliques (pression, débit) ou électriques (tension, courant), puis transmettre ces signaux aux blocs standard Simulink. Les blocs source permettent aux signaux Simulink d'affecter des valeurs à n'importe laquelle de ces variables. Les blocs sources et capteurs permettent de connecter un algorithme de commande développé dans Simulink à un modèle Simscape.

Simscape - libraries
Bibliothèques Simscape de blocs électrique, mécanique, hydraulique et thermique pour créer des modèles de composants spécifiques.

Langage Simscape

Le langage Simscape vous permet d'ajouter de nouveaux domaines physiques et de créer vos propres composants et bibliothèques de modélisation physique. Il repose sur le langage de programmation MATLAB, bien connu des ingénieurs. Grâce à ce langage de modélisation orienté objet, vous pouvez définir des composants personnalisés, compléter par des paramétrages, des connexions physiques et des équations représentées comme des DAE implicites acausales. Vous pouvez aussi utiliser MATLAB pour analyser les valeurs des paramètres, exécuter des calculs préliminaires et initialiser les variables système. Le bloc Simulink et la boîte de dialogue du composant sont automatiquement créés à partir du fichier Simscape.

Simscape Language: Electronic Example 3:18
Model custom electronic components using the Simscape™ language. Define a resistor whose behavior varies with temperature.

Les composants que vous créez peuvent réutiliser les définitions du domaine physique fournies avec Simscape pour assurer la compatibilité de vos composants avec les composants standard Simscape. Vous pouvez également ajouter vos propres domaines physiques. Vous pouvez automatiquement créer et gérer des bibliothèques Simulink de vos composants et domaines Simscape, et partager ces modèles à l'échelle de votre société. Vous pouvez également générer un code C à partir des modèles Simulink qui contiennent vos composants personnalisés.

Modélisation de composants hydrauliques spécifiques avec le langage Simscape 3:38
Un modèle d’orifice hydraulique fixe est élaboré à l’aide de ce langage de modélisation physique basé sur MATLAB®.

Grâce au langage Simscape, vous pouvez contrôler avec exactitude la nature des effets capturés dans les modèles de vos composants physiques. Cette approche vous permet d'équilibrer le compromis entre la fidélité du modèle et la vitesse de simulation.

Simscape - ultracapacitor
Utilisation du langage Simscape pour créer un modèle personnalisé d'un supercondensateur avec des pertes. L'équation ci-dessous (en bas) est implémentée dans le langage Simscape (à gauche). Le bloc Simulink (en haut à droite) et la boîte de dialogue (au centre) sont automatiquement créés à partir du fichier Simscape.

Partage de modèles à l'aide des modes d'édition de Simscape

Les modes d'édition de Simscape vous permettent d'effectuer une modélisation physique et une simulation grâce à Simscape et à ses produits complémentaires : SimDriveline, SimElectronics, SimHydraulics, SimMechanics et SimPowerSystems. Vous pouvez ouvrir les modèles qui contiennent des blocs, les simuler, les enregistrer et régler leurs paramètres à partir des produits complémentaires avec uniquement une licence Simscape, à condition que ces produits complémentaires soient installés sur votre machine. Vous pouvez partager vos modèles à l'échelle de votre société sans devoir acheter de licences supplémentaires.

En savoir plus sur l'utilisation en mode restreint dans Simscape.

Sharing Models Using Simscape Editing Mode 3:31
Share models without requiring licenses for Simscape™ add-on libraries. Open models in Restricted Mode and perform tasks such as simulation, parameter tests, and code generation.

Conversion de modèles Simscape en code C

Grâce à Simscape, vous pouvez convertir vos modèles en code C et utiliser ainsi les modes Accelerator de Simulink pour réduire le temps de simulation. Vous pouvez également convertir des modèles Simscape en code C à l'aide de Simulink Coder™, ce qui permet :

  • d'exécuter votre modèle en temps réel et de réaliser des tests hardware-in-the-loop (HIL)
  • d'intégrer vos modèles dans d'autres environnements de simulation
  • de compiler votre modèle Simscape pour des simulations autonomes, accélérant ainsi les analyses, comme les études des paramètres et les simulations Monte-Carlo

Conversion de modèles Simscape en code C 4:38
Un exécutable autonome est développé à partir du modèle pour accélérer un ensemble de simulations qui font varier les valeurs des paramètres.

La configuration de l'exécution de vos modèles en temps réel vous permet de tester votre système à l'aide des tests hardware-in-the-loop (HIL) au lieu de prototypes coûteux. Vous pouvez détecter les erreurs plus en amont dans le processus de développement, réduisant ainsi les coûts et raccourcissant le cycle de conception.

Utilisation de tests HIL de préférence à des prototypes matériels pour le test d’algorithmes de contrôle 5:21
Un modèle Simulink®, qui incorpore les blocs des outils de modélisation physique de MathWorks, est converti en code C puis téléchargé sur un contrôleur matériel M1 de Bachmann Electronic.

Intégration à MATLAB et Simulink

Simscape offre des capacités étendues pour la modélisation de systèmes physiques. Vous pouvez créer votre modèle de processus physique à l'aide des connexions physiques et le relier directement à votre modèle de contrôle créé à l'aide de signaux Simulink. Les modèles Simscape peuvent aussi être connectés directement à d'autres applications MathWorks et des outils de modélisation physique spécifiques au domaine, afin de modéliser des interactions complexes dans des systèmes physiques multi-domaine.

Intégration de modèles mécaniques, hydrauliques, électriques et de commande dans un modèle de système global 5:49
Cette approche permet aux ingénieurs de tester isolément chaque système, puis de tester la performance de l’ensemble de ces systèmes.

Vous pouvez utiliser MATLAB pour paramétrer votre modèle, automatiser les tests de simulation, analyser les données de sortie et optimiser les performances du système. Par conséquent, vous pouvez tester l'intégralité de votre système (processus physique multidomaine et contrôleur) dans l'environnement MATLAB et Simulink.

Simscape - rectifier
Modèle Simscape (en haut) représentant un redresseur en pont à double alternance qui convertit 120 V AC en 12 V DC. Ce modèle peut être utilisé pour spécifier la taille du condensateur pour une charge donnée. Le graphique (en bas) montre l'ondulation sur la tension continue.

MATLAB et Simulink pour l’enseignement des Sciences Industrielles de l’Ingénieur en Classes Préparatoires aux Grandes Ecoles

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