Créer un modèle simple

Vous pouvez utiliser Simulink^® pour modéliser un système, puis simuler le comportement dynamique de ce système. Les techniques de base utilisées pour créer un modèle simple dans ce tutoriel sont les mêmes que celles utilisées pour des modèles plus complexes. Cet exemple simule le mouvement simplifié d'un véhicule. Un véhicule est généralement en mouvement lorsque la pédale d'accélérateur est enfoncée. Une fois la pédale relâchée, le véhicule tourne au ralenti et s'arrête.

Un bloc Simulink est un élément de modèle qui définit une relation mathématique entre son entrée et sa sortie. Pour créer ce modèle simple, vous avez besoin de quatre blocs Simulink.

Nom du bloc	Objectif du bloc	Objectif du modèle
Pulse Generator	Générer un signal d'entrée pour le modèle	Représenter la pédale d'accélérateur
Gain	Multiplier le signal d'entrée par une valeur constante	Calculer l'impact de l'appui sur la pédale d'accélérateur sur l'accélération du véhicule
Second-Order Integrator	Intégrer le signal d'entrée deux fois	Obtenir la position à partir de l'accélération
Outport	Désigner un signal comme sortie du modèle	Désigner la position comme sortie du modèle

La simulation de ce modèle intègre une brève impulsion deux fois pour obtenir une rampe. L’impulsion d’entrée représente un appui sur la pédale d’accélérateur : 1 lorsque la pédale est enfoncée et 0 lorsqu’elle ne l’est pas. La rampe de sortie correspond à la valeur croissante de la distance au point de départ.

Ouvrir un nouveau modèle

Utilisez Simulink Editor pour créer vos modèles.

1. Démarrez MATLAB^®. Dans la barre d’outils MATLAB, cliquez sur le bouton Simulink .

   

2. Cliquez sur le modèle Blank Model.

   L'éditeur Simulink s'ouvre.

   Pour éviter les doublons, l’éditeur Simulink vérifie les modèles chargés et les fichiers du chemin, et crée un modèle en lui attribuant le prochain nom disponible : untitled, untitled1, untitled2, etc.

   

3. Dans l'onglet Simulation, sélectionnez Save > Save as. Dans la zone de texte File name, saisissez un nom pour votre modèle, par exemple simple_model. Cliquez sur Save. Le modèle est enregistré avec l'extension de fichier .slx.

Ouvrir l'explorateur de bibliothèques Simulink

Simulink propose un ensemble de bibliothèques de blocs organisées par fonctionnalité dans Library Browser. Les bibliothèques suivantes sont communes à la plupart des workflows :

• Continuous — Blocs pour les systèmes à états continus

• Discrete — Blocs pour les systèmes à états discrets

• Math Operations — Blocs qui implémentent des équations algébriques et logiques

• Sinks — Blocs qui stockent et affichent les signaux qui y sont connectés

• Sources — Blocs qui génèrent les valeurs des signaux qui pilotent le modèle

Pour ouvrir l'explorateur de bibliothèques, accédez à Simulink Toolstrip et dans l'onglet Simulation, cliquez sur Library Browser.

Pour parcourir les bibliothèques de blocs, développez une catégorie puis une zone fonctionnelle dans l'arborescence.

Pour faire une recherche dans toutes les bibliothèques de blocs disponibles, saisissez un terme de recherche.

Par exemple, recherchez le bloc Pulse Generator. Saisissez pulse dans la zone de recherche puis appuyez sur Entrée. Le software recherche dans les bibliothèques les blocs dont le nom ou la description contient pulse. Il les affiche ensuite dans l'onglet Search Results de l'explorateur de bibliothèques.

Conseil

Pour parcourir à nouveau l'arborescence de bibliothèques, cliquez sur Library Tab.

Vous pouvez obtenir des informations détaillées sur un bloc. Pour ce faire, dans l’onglet Search Results, faites un clic droit sur le bloc Pulse Generator puis sélectionnez Help for the Pulse Generator block. La documentation s'ouvre et affiche la page de référence du bloc.

Les blocs disposent généralement de plusieurs paramètres. Pour la plupart des blocs, vous pouvez accéder à tous les paramètres du bloc en double-cliquant sur ce dernier.

Ajouter des blocs à un modèle

Pour commencer à créer le modèle, ajoutez des blocs à la trame du modèle. Vous pouvez ajouter des blocs au moyen de l’explorateur de bibliothèques ou en recourant au menu d’insertion rapide.

1. Commencez par ajouter un bloc Pulse Generator à partir de l’explorateur de bibliothèques.

   Depuis la bibliothèque Sources, faites glisser le bloc Pulse Generator vers l'éditeur Simulink. Un bloc Pulse Generator avec la valeur par défaut 1 pour le paramètre Amplitude est ajouté au modèle.

   

   Les valeurs des paramètres sont conservées tout au long de la simulation.

2. Ajoutez un bloc Outport au moyen du menu d’insertion rapide.

   Double-click anywhere in the model canvas. In the quick insert menu that appears, enter out. A list of blocks appears. Verify that the Outport block from the Simulink library is selected. Check the library name listed under the block name and the block description in the details pane to the right of the search results.

   Conseil

   Pour masquer le volet des détails, cliquez sur la flèche . Pour afficher le volet des détails, cliquez à nouveau sur la flèche.

   

   Ajoutez le bloc Outport au modèle en appuyant sur Enter.

   Pour plus d’informations sur le menu d’insertion rapide, consultez la rubrique Add Blocks to Models Using Quick Insert Menu.

3. Ajoutez ces blocs au modèle en utilisant l’explorateur de bibliothèques ou le menu d’insertion rapide.

   Bloc	Bibliothèque	Paramètre
   Gain	Simulink/Math Operations	Gain : 2
   Second-Order Integrator	Simulink/Continuous	Initial condition : 0

   Ajoutez un deuxième bloc Outport en copiant le bloc existant et en le collant à l'aide des raccourcis clavier.

   Votre modèle dispose désormais des blocs dont vous avez besoin.

4. Organisez les blocs en cliquant et déplaçant chaque bloc. Pour redimensionner un bloc, tirez sur un de ses coins.

   

Connecter les blocs

Connectez les blocs en créant des lignes entre les ports de sortie et d'entrée. Enregistrez ensuite votre modèle.

• Connectez le port de sortie du bloc Pulse Generator au port d’entrée du bloc Gain.

• Connectez le port de sortie du bloc Gain au port d’entrée du bloc Second-Order Integrator.

• Connectez les deux sorties du bloc Second-Order Integrator aux deux blocs Outport.

Par exemple, pour connecter le bloc Pulse Generator au bloc Gain :

1. Cliquez sur le port de sortie à droite du bloc Pulse Generator.

   Le port de sortie et tous les ports d'entrée faits pour être connectés sont indiqués par un symbole de chevron bleu .

2. Pour voir le repère de connexion, pointez sur le symbole de chevron .

3. Cliquez sur ce repère pour connecter les blocs avec une ligne et une flèche indiquant la direction du flux du signal.

Cette animation montre comment connecter des blocs dans un modèle.

Exécuter la simulation

Spécifiez le temps d'arrêt de la simulation. Ensuite, simulez le modèle.

1. Dans l'onglet Simulation, définissez le temps d'arrêt de la simulation. Dans Simulink Toolstrip, accédez à l’onglet Simulation et saisissez une valeur dans la zone de texte Stop Time.

   

   Le temps d'arrêt par défaut de 10.0 est approprié pour ce modèle. Cette valeur de temps n'a pas d'unité. L’unité de temps d’une simulation Simulink dépend de la façon dont les équations sont construites. Cet exemple simule le mouvement simplifié d’une voiture pendant 10 secondes mais d’autres modèles peuvent avoir des unités de temps en millisecondes ou en années.

2. Pour simuler le modèle, cliquez sur Run .

Afficher les données de simulation

Pour afficher les résultats d’une simulation dans Simulation Data Inspector, cliquez sur Data Inspector .

Pour tracer les données dans Simulation Data Inspector, sélectionnez des signaux dans le tableau situé à gauche. Par exemple, pour tracer la position de la voiture, sélectionnez le signal nommé Out1:1.

Affiner le modèle

Modifier les paramètres de bloc

Cet exemple modélise un capteur de proximité basé sur un modèle de mouvement existant, moving_car.

Dans ce scénario, un capteur numérique mesure la distance entre le véhicule et un obstacle à 10 m. Le modèle génère la mesure du capteur et la position du véhicule, en tenant compte des conditions suivantes :

• Le véhicule s'arrête immédiatement lorsqu'il atteint l'obstacle.

• Dans le monde physique, un capteur mesure la distance de façon imprécise, ce qui entraîne des erreurs numériques aléatoires.

• Un capteur numérique fonctionne à intervalles de temps fixes.

Ouvrez le modèle moving_car.

open_system("moving_car.slx");

Vous devez d'abord modéliser l'arrêt immédiat lorsque la position de la voiture atteint 10. Le bloc Integrator, Second-Order dispose d'un paramètre à cet effet.

1. Double-cliquez sur le bloc Integrator, Second-Order. La boîte de dialogue Block Parameters s'affiche.

2. Sélectionnez Limit x, puis saisissez 10 pour Upper limit x. La couleur d'arrière-plan du paramètre change pour indiquer une modification qui n'est pas appliquée au modèle. Cliquez sur OK pour appliquer les modifications et fermer la boîte de dialogue.

Ajouter de nouveaux blocs et connexions

Modifiez le modèle pour ajouter un capteur qui mesure la distance à l’obstacle. Élargissez la fenêtre du modèle pour afficher les nouveaux blocs si nécessaire.

• Pour rechercher la distance entre la position du véhicule et de l’obstacle, ajoutez le bloc Constant de la bibliothèque Sources et définissez sa valeur à 10. Pour recherche la distance entre la position de l'obstacle et la position du véhicule, ajoutez le bloc Subtract de la bibliothèque Math Operations.

• Pour simuler les mesures imparfaites d’un vrai capteur, ajoutez du bruit au modèle avec le bloc Band-Limited White Noise de la bibliothèque Sources. Double-cliquez sur le bloc pour définir le paramètre Noise power à 0.001. Ajoutez le bruit à la mesure de distance avec un bloc Add de la bibliothèque Math Operations.

• Dans Simulink, l'échantillonnage d'un signal à un intervalle donné nécessite un échantillonneur-bloqueur. Ajoutez le bloc Zero-Order Hold de la bibliothèque Discrete. Double-cliquez ensuite sur le bloc pour définir le paramètre Sample Time à 0.1.

• Pour enregistrer la sortie du capteur, connectez le bloc Zero-Order Hold à un autre bloc Outport.

Connectez les nouveaux blocs. La sortie du bloc Second-Order Integrator est déjà connectée à un autre port. Pour créer une branche dans ce signal, cliquez sur le signal pour mettre en surbrillance les ports potentiels pour la connexion, puis cliquez sur le port approprié.

Annoter les signaux

Ajoutez des noms aux signaux du modèle.

1. Double-cliquez sur le signal et saisissez le nom du signal.

   

2. Pour terminer, cliquez en dehors de la zone de texte.

3. Répétez ces étapes pour ajouter les noms comme indiqué.

   

Visualiser plusieurs signaux

Comparez le signal de actual distance avec le signal measured distance. Le signal measured distance est enregistré en tant que sortie. Pour enregistrer le signal actual distance, vous pouvez le marquer pour enregistrement.

1. Sélectionnez le signal dans le modèle.

2. Dans l’onglet Simulation, cliquez sur Log Signals .

Un badge d’enregistrement  indique que le signal est marqué pour enregistrement.

Simulez le modèle. Pour afficher les résultats d’une simulation dans Simulation Data Inspector, cliquez sur Data Inspector . Sélectionnez les signaux actual distance et measured distance pour les représenter sur le même tracé.

Le tracé indique que la mesure peut dévier de la valeur réelle de 0,3 m. Ces informations sont utiles lors du design de fonctionnalités de sécurité telles qu’un avertissement de collision.

Visualiser les signaux dans des sous-tracés distincts

Il est également possible d’analyser les résultats en visualisant les signaux dans des sous-tracés distincts. Par exemple, vous pouvez ajouter des sous-tracés pour les signaux pedal position et velocity afin de visualiser la relation entre la position de la pédale, la vitesse de la voiture et la distance entre la voiture et l’obstacle.

Dans le modèle, faites un clic droit sur le signal pedal position et sélectionnez Log Selected signals pour marquer le signal pedal position pour enregistrement. Ensuite, simulez le modèle.

Dans Simulation Data Inspector, cliquez sur « Visualizations and layouts » . Ensuite, créez une disposition 3 × 1 en spécifiant le nombre de lignes et de colonnes de la grille.

Ajoutez le signal velocity au sous-tracé du milieu et le signal pedal position à celui du bas. Pour ajouter un signal à un sous-tracé, sélectionnez le sous-tracé puis sélectionnez le signal dans le tableau des signaux.

La visualisation des données dans trois sous-tracés vous permet de voir comment le fait d’appuyer sur la pédale d’accélérateur affecte la vitesse de la voiture et sa distance à l’obstacle. Pour approfondir cette question, vous pouvez modifier le comportement de la pédale d’accélérateur en ajustant les paramètres du bloc Pulse Generator. Pour ouvrir la boîte de dialogue « Block Parameters » pour le bloc Pulse Generator, double-cliquez sur ce dernier. Par exemple, modélisez le fait d’appuyer deux fois sur la pédale d’accélérateur pendant une seconde en définissant Period à 5 et Pulse Width à 20.

Simulez le modèle. Dans Simulation Data Inspector, appuyez sur la barre d’espace pour ajuster les signaux à la vue.

Simulation Data Inspector vous permet d’inspecter plus en détail les données en personnalisant l’apparence du tracé et des signaux, en utilisant les options de zoom et de panoramique ainsi qu’en ajoutant des curseurs de données. Pour plus d’informations, consultez Create Plots Using the Simulation Data Inspector.

Voir aussi

Blocs

• Pulse Generator | Gain | Second-Order Integrator | Sum | Constant | Zero-Order Hold | Band-Limited White Noise

Outils

• Simulation Data Inspector | Simulink Editor | Library Browser

Rubriques

• Modéliser et valider un système
• Create Plots Using the Simulation Data Inspector