Simscape


Principales fonctionnalités

  • Environnement centralisé permettant de simuler des systèmes physiques multidomaine avec des algorithmes de contrôle dans Simulink®
  • Blocs de modélisation physique couvrant plus de 10 domaines physiques, dont la mécanique, l'électricité, l'hydraulique et les fluides diphasiques
  • Langage Simscape™ reposant sur MATLAB®, permettant la création au format textuel de composants, de domaines et de bibliothèques de modélisation physique
  • Réduction d'équations symboliques et technologie de résolution pour des systèmes d'équations algébriques différentielles (DAE), avec gestion des événements
  • Technologie spécialisée de résolution pour une simulation en temps réel et des tests HIL (matériel incorporé)
  • Unités physiques pour les paramètres et les variables, avec toutes les conversions d'unités automatiquement prises en charge
  • Possibilité de simuler des modèles qui utilisent des blocs des produits complémentaires Simscape sans acheter ces produits
  • Prise en charge de la génération de code C (à l'aide de Simulink Coder™)

Schémas multidomaine

Les produits Simscape™ constituent une méthode naturelle et efficace pour élaborer le modèle mathématique de votre système physique. En créant un schéma multi-domaines basé sur vos connexions physiques, les produits vous permettent de varier la conception système sans déterminer et mettre en place les équations de niveau système.

Schémas multi-domaines

Modélisation avec des connexions physiques

Les composants Simscape représentent des éléments physiques tels que des pompes, des moteurs et des amplificateurs opérationnels. Les lignes qui relient ces composants dans votre modèle correspondent, dans le système réel, à des connexions physiques qui transmettent des puissances. Cette approche vous permet de décrire la structure physique d'un système plutôt que les mathématiques sous-jacentes. Les connexions électriques, mécaniques, hydrauliques et autres connexions physiques sont représentées dans votre schéma multi-domaines par des lignes dont la couleur indique le domaine physique. Vous pouvez voir directement quels systèmes se trouvent dans votre modèle et comment ils sont reliés les uns aux autres.

ABB, Deltamarin et VTT Optimize Ship Energy Flows avec Simscape  (User Story) Engineers reduced testing costs by tens of thousands of euros, optimized multiple subsystems within the ship, decreased fuel use, and improved energy recapture.

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Famille de produits Simscape

La famille de produits Simscape se compose de six produits qui couvrent une vaste gamme d'applications. Vous pouvez combiner n'importe quel produit complémentaire Simscape avec la plate-forme Simscape pour modéliser des systèmes physiques multi-domaines. Les produits complémentaires incluent des blocs et des méthodes d'analyse plus avancés.

Famille de produits Simscape.
La famille de produits Simscape, affichée dans le navigateur de bibliothèques Simulink (à gauche). Ces produits fournissent des centaines de composants (voir les exemples en haut à droite) ainsi que des outils d'analyse avancés, parmi lesquels l'outil d'animation 3D de Simscape Multibody (en bas à droite).

Création de modèles

Vous créez des modèles Simscape en assemblant des composants dans un schéma. De nombreux modèles de composants sont fournis, et vous pouvez les personnaliser ou créer votre propre bibliothèque de blocs. Vous pouvez également utiliser des fonctionnalités de MATLAB et Simulink pour automatiser de nombreuses tâches de construction de modèles.

Création de modèles

Bibliothèque fondamentale

Simscape dispose de bibliothèques de composants couvrant plus de dix domaines de la physique. Des éléments de base sont disponibles pour chaque domaine ; exemples : ressorts mécaniques, résistances électriques, orifices hydrauliques, chambres pneumatiques et réservoirs de fluides. Vous pouvez combiner ces éléments pour modéliser davantage de composants complexes comme des moteurs électriques, des vannes hydrauliques et d'autres composants qui s'appliquent à de multiples domaines physiques.

Vintecc modélise une abatteuse-façonneuse multi-essieux à l'aide de Simscape  (User Story) Vintecc verified 90% of its control system design before hardware was available, shortened its development schedule by months, and implemented new features within days.

La bibliothèque Simscape Foundation.
La bibliothèque Simscape Foundation, telle qu'elle apparaît dans le navigateur de bibliothèques Simulink (à gauche). Elle contient des centaines de composants pour de nombreux domaines (voir les exemples de blocs, à droite).

Éditeur de modélisation

L'éditeur de modélisation Simulink vous aide à optimiser la création de votre modèle. Vous pouvez naviguer parmi les centaines de composants disponibles en saisissant le nom d'un composant. L'éditeur vous propose une liste de composants spécifiques au domaine de la physique de votre dernière connexion. D'autres fonctionnalités permettent de réduire le nombre de clics et d'opérations de glisser/déposer nécessaires pour créer votre modèle.

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Automatisation des tâches de modélisation

Vous pouvez utiliser les fonctionnalités de MATLAB pour automatiser la création et le paramétrage de votre modèle. Vous pouvez ajouter des blocs, ajouter des connexions et supprimer des lignes ou des blocs, et cela à l’aide de programmes. Vous pouvez également utiliser les fonctions MATLAB pour identifier des blocs dans le diagramme en fonction d'un attribut de ce bloc, et définir les valeurs de paramètres. Toutes ces fonctionnalités vous permettent de créer des modèles complexes, d'ajuster les valeurs de paramètres et de configurer des composants en quelques secondes seulement.

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Création de composants

Les bibliothèques complètes fournies par les produits Simscape sont spécialement conçues pour vous aider à créer des composants personnalisés. Vous pouvez créer des composants qui correspondent exactement à la conception de votre système et capturer le niveau de fidélité approprié pour l'analyse que vous souhaitez réaliser.

Création de composants

Assemblages réutilisables

Vous pouvez assembler un ensemble de composants Simscape dans un schéma, puis placer ce schéma dans un sous-système comportant des connexions physiques. Les connexions physiques vous permettent de définir des interfaces claires et cohérentes pour vos composants personnalisés, que vous pouvez ainsi réutiliser dans d'autres modèles. Vous pouvez permettre aux utilisateurs de ces composants d'accéder aux paramètres principaux via une boîte de dialogue et un lien direct vers la documentation intégrée dans le navigateur d'aide de MATLAB. La facilité de réutilisation peut contribuer à augmenter la productivité de vos équipes d'ingénierie.

FMTC optimise son système de transmission hydrostatique hybride à l'aide de Simscape  (User Story) FMTC engineers reduced fuel use by 25%, shortened analysis time by 75%, and reduced total cost of ownership by 15%.

Composant paramétré et créé à partir de blocs de la bibliothèque fondamentale.
Composant paramétré (en haut à gauche) créé à partir de blocs de la bibliothèque Foundation (en bas). L'utilisateur peut modifier les paramètres principaux dans une boîte de dialogue (en haut à droite).

Langage Simscape

Tous les composants Simscape sont définis à l'aide du langage Simscape, qui repose sur le langage de programmation MATLAB. 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. Grâce au langage Simscape, vous pouvez contrôler avec exactitude la nature des effets capturés dans vos modèles. Vous pouvez ainsi équilibrer le compromis entre la fidélité du modèle et la vitesse de simulation.

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Simulation de modèles

La technologie de simulation de Simscape vous permet d'utiliser la simulation dans un large éventail de tâches d'ingénierie. Par exemple, vous pouvez utiliser des modèles Simscape pour affiner les spécifications dès le début du cycle de développement, optimiser votre conception au niveau système et tester des contrôleurs embarqués sans prototypes. Simscape améliore votre productivité tout au long du processus de développement.

Simulation de modèles

Technologie de réduction et résolution d'équation

Simscape formule automatiquement les équations pour l'ensemble de votre système physique. Après avoir analysé votre schéma, Simscape utilise la manipulation symbolique et la réduction d'index afin d'identifier la formule mathématique qui représente le mieux votre système. La technologie spécialisée de simulation résout les DAE directement avec le reste de votre modèle.

Toyota développe un modèle de moteur dans Simscape pour les méthodes de test SIL et MIL  (User Story) Toyota created a comprehensive model with thousands of equations, tested the controller under challenging edge cases, and verified control software before in-vehicle testing.


Simulation en temps réel

Simscape utilise la technologie spécialisée de simulation pour permettre l'exécution de vos simulations en temps réel. Vous pouvez configurer des solveurs explicites et implicites pour limiter le nombre de calculs par incrément de temps tout en conservant le niveau de précision dont vous avez besoin. Vous pouvez utiliser différents solveurs sur différentes parties du même modèle afin de réduire les délais d'exécution. Ces fonctionnalités vous permettent d'utiliser votre modèle Simscape pour les tests HIL, les simulateurs de formation et d'autres situations où l'exécution de la simulation doit être synchronisée avec un système en temps réel.


Fonctions MATLAB

De puissantes fonctions MATLAB vous permettent de résoudre efficacement des problèmes difficiles à l'aide de vos simulations Simscape. Toutes les tâches de simulation peuvent être automatisées à l'aide de code MATLAB. Les algorithmes d'optimisation vous permettent d'identifier rapidement un ensemble optimal de paramètres ou de composants pour votre conception. Il est possible d'accélérer les optimisations et les balayages de paramètres en exécutant vos simulations en parallèle sur plusieurs cœurs ou sur un cluster de calcul.


Analyse des résultats

Les fonctions d'analyse de Simscape vous permettent d'explorer rapidement et d'améliorer les performances de votre conception. Vous pouvez même utiliser ces fonctions pour vous assurer que votre modèle Simscape contient le détail adéquat pour votre tâche.

Analyzing_Results

Explorer les résultats de la simulation

À l'aide de l'Explorateur de résultats Simscape, vous pouvez rapidement explorer les résultats de simulation associés à votre modèle Simscape, notamment la valeur des variables et la chronologie des événements. Vous pouvez passer directement des tracés des résultats au modèle (blocs et équations individuelles) pour rechercher les causes d'un comportement observé. Grâce au code MATLAB, vous pouvez automatiser n'importe quelle analyse, y compris les analyses basées sur le temps, sur les fréquences et sur les événements.

Carnegie Energy conçoit une centrale houlomotrice au moyen de Simscape  (User Story) Engineers used simulation to estimate components’ loads, gained crucial insights into system behavior, and accelerated sensitivity studies via parallel computing.

L'Explorateur de résultats Simscape permet d'explorer tous les résultats de simulation depuis votre modèle Simscape.
L'Explorateur de résultats Simscape (à droite) permet d'explorer tous les résultats de simulation depuis votre modèle Simscape (à gauche). Vous pouvez naviguer dans les deux sens entre le schéma et les résultats de la simulation.

Mesure de la complexité d'un modèle

Pour identifier les parties de votre modèle exigeant un calcul intensif, vous pouvez mesurer la complexité de votre modèle dans des quantités telles que des variables, des équations susceptibles de déclencher des événements et des contraintes. Cela vous aide à déterminer au cours de la simulation s'il est possible que vos changements améliorent les performances du modèle. Le Simscape Statistics Viewer pointe directement vers le modèle (blocs et variables) pour vous aider à affiner la fidélité du modèle.

Simscape Statistics Viewer permet de mesurer la complexité d'un modèle Simscape, en affichant les variables préservées, celles éliminées et d'autres statistiques.
Simscape Statistics Viewer (à droite) permet de mesurer la complexité d'un modèle Simscape (à gauche), en affichant les variables préservées, celles éliminées et d'autres statistiques. Vous pouvez naviguer directement vers la source (bloc ou équation) dans le modèle.

Fonctions Simulink

Les fonctions Simulink vous permettent de résoudre d'épineux problèmes de conception de contrôle à l'aide de modèles Simscape. La linéarisation avancée et les techniques d'optimisation du contrôle automatique vous permettent d'appliquer des stratégies de contrôle complexes et de rapidement trouver les gains du contrôleur qui permettent d'atteindre les objectifs de robustesse et de temps de réponse. Les outils de profilage et de conseil identifient les goulots d'étranglement dans votre simulation et contribuent à améliorer votre modèle.


Conversion en code C

Vous pouvez également convertir des modèles Simscape en code C à l'aide de Simulink Coder. La conversion de modèles Simscape en code C vous permet d'utiliser ces modèles pour certaines tâches comme les tests HIL et l'optimisation, qui impliquent des simulations en mode batch. La conversion en code C vous permet également de partager des modèles protégés.

Conversion en code C

Exécution de tests sans prototypes matériels

Avec les modèles Simscape, vous pouvez tester les algorithmes de contrôle embarqués et les équipements de contrôle sans utiliser de prototypes. Outre les tests SIL (Software-in-the-loop) et PIL (Processor-in-the-loop), la conversion de vos modèles Simscape en code C vous permet d'exécuter les tests HIL (Hardware-in-the-loop). Vous pouvez ainsi tester des contrôleurs embarqués sans aucun danger pour l'équipement ni pour le personnel, ce qui vous permet de vous assurer que votre système aura bien le comportement spécifié lorsque vous connecterez le contrôleur au système réel.

Volvo CE développe un simulateur « Human-in-the-Loop » à l'aide de Simscape  (User Story) Volvo Construction Equipment tested new concepts for construction equipment, reduced the number of prototypes by 30-50%, and resolved field issues faster.

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Exécution de simulations en mode batch

La plupart des opérations d'ingénierie, comme les optimisations et les balayages de paramètres, impliquent l'exécution de nombreux ensembles de simulations. La conversion de votre modèle Simscape en code C permet une exécution efficace de ces opérations. Vous pouvez accélérer les simulations individuelles et exécuter des lots de simulations en parallèle sur plusieurs processeurs ou répartis sur un cluster de calcul.


Partage de modèles

Simscape vous permet d'optimiser votre utilisation des licences logicielles achetées lorsque vous partagez des modèles utilisant des produits complémentaires Simscape. Il propose également des méthodes permettant de partager des modèles tout en protégeant votre propriété intellectuelle.

Partage de modèles

Accès aux fonctionnalités des produits complémentaires Simscape

Grâce au mode d’édition de Simscape, les utilisateurs de Simscape peuvent exécuter de nombreuses opérations sur des modèles utilisant des produits complémentaires Simscape, même s'ils ne possèdent pas les produits complémentaires. Ces opérations incluent par exemple l'affichage, la simulation et la modification des valeurs de paramètres dans le modèle. Votre équipe peut ainsi utiliser des composants et fonctionnalités avancés provenant de l'ensemble de la famille de produits Simscape sans que chaque ingénieur ait à acheter une licence pour chaque produit complémentaire Simscape.

Utilisation de modèles Simscape
Tâche Développeur de modèles
(Achète Simscape et les produits complémentaires Simscape)
Utilisateur de modèles
(Achète Simscape)
Simuler
Enregistrer des données et tracer des résultats
Modifier des paramètres numériques
Générer du code à l'aide de Simulink Coder

Afficher les animations Simscape Multibody

Accéder aux fonctions et paramètres PowerGUI

Modifier les options de paramétrage de bloc

 

Créer ou rompre des connexions physiques

 

Partage de modèles protégés

Vous pouvez partager des modèles Simscape avec d'autres utilisateurs tout en protégeant votre propriété intellectuelle. Vous pouvez protéger des composants personnalisés définis à l'aide du langage Simscape ainsi que des sous-systèmes comportant des blocs Simscape. Le partage de ces modèles permet aux autres utilisateurs d'exécuter des simulations, de faire varier les paramètres et de les convertir en code C, mais ne leur permet pas de voir l'implémentation d'origine.


Simscape dans le monde universitaire

MATLAB, Simulink et Simscape sont utilisés dans de nombreuses universités de premier plan. Les formateurs peuvent recourir à la modélisation et la simulation avec la visualisation 3D pour impliquer les étudiants au moyen d'exemples réalistes et illustrer la théorie par la pratique. Grâce à la simulation, les étudiants peuvent prototyper dans un environnement virtuel, ce qui les encourage à tenter de nouvelles conceptions et à explorer toute la palette des paramètres. La simulation leur permet d'optimiser leurs conceptions dans le cadre de projets de recherche et de concours entre étudiants. Parce que ces produits sont également largement utilisés dans les industries comme l'automobile, l'aéronautique et la robotique, les étudiants diplômés, possédant une expérience de MATLAB, Simulink et Simscape, sont recherchés par les employeurs.

Découvrez comment amener les étudiants à s'intéresser à la modélisation et la simulation.

Marquette University intègre Simscape dans son cursus  (User Story) Students acquire engineering communication skills and are motivated with real-world challenges. Graduates are prepared for their careers.

Simscape dans le monde universitaire