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Schémas blocs Simulink

Simulink® est un environnement de modélisation et de simulation graphique pour les systèmes dynamiques. Vous pouvez créer des schémas blocs, où les blocs représentent des parties d'un système. Un bloc peut représenter un composant physique, un petit système ou une fonction. Une relation entrée/sortie caractérise entièrement un bloc. Prenons les exemples suivants :

  • Un robinet remplit un seau — L'eau entre dans le seau à un certain débit et le seau devient plus lourd. Un bloc peut représenter le sceau, avec le débit comme entrée et son poids comme sortie.

  • Vous utilisez un mégaphone pour faire entendre votre voix — Le son produit à une extrémité du mégaphone est amplifié à l'autre extrémité. Le mégaphone est le bloc, l'entrée est l'onde sonore à la source et la sortie est l'onde sonore telle que vous l'entendez.

  • Vous poussez un chariot et il se déplace — Le chariot est le bloc, la force que vous appliquez est l'entrée et la position du chariot est la sortie.

La définition d'un bloc est complète uniquement si ses entrées et ses sorties sont définies ; cette tâche se rapporte à l'objectif du modèle. Par exemple, la vitesse du chariot peut être un choix naturel comme sortie si l'objectif de modélisation n'implique pas sa position.

Simulink offre des bibliothèques de blocs qui sont des collections de blocs regroupées par fonctionnalité. Par exemple, pour modéliser un mégaphone qui multiplie son entrée par une constante, utilisez un bloc Gain de la bibliothèque Math Operations.

Une onde sonore entre dans le mégaphone en tant qu'entrée, et une version plus forte de la même onde est produite en sortie.

Les signes > indiquent les entrées et les sorties d'un bloc, qui peut être connecté à d'autres blocs.

Vous pouvez connecter des blocs à d'autres blocs pour former des systèmes et représenter des fonctionnalités plus complexes. Par exemple, un lecteur audio transforme un fichier numérique en son. Une représentation numérique est lue depuis la mémoire, est interprétée mathématiquement, puis transformée en un son physique. Le logiciel qui traite le fichier numérique pour déterminer la forme d'onde sonore peut être un bloc ; le haut-parleur qui prend la forme d'onde et la transforme en son peut être un autre bloc. Un composant qui génère l'entrée est un autre bloc.

Pour modéliser l'onde sinusoïdale en entrée du mégaphone dans Simulink ajoutez une source Sine Wave.

La fonction principale de Simulink est de simuler le comportement des composants du système dans le temps. Dans sa forme la plus simple, cette tâche consiste à garder une horloge active, à déterminer l'ordre dans lequel les blocs doivent être simulés et à propager au bloc suivant les sorties calculées dans le schéma bloc. Prenons l'exemple du mégaphone. À chaque pas de temps, Simulink doit calculer la valeur de l'onde sinusoïdale, la propager au mégaphone, puis calculer la valeur de sa sortie.

À chaque pas de temps, chaque bloc calcule ses sorties à partir de ses entrées. Une fois que tous les signaux d'un diagramme sont calculés à un pas de temps donné, Simulink détermine le pas de temps suivant (en fonction de la configuration du modèle et des algorithmes de solveur numérique) et avance l'horloge de simulation. Ensuite, chaque bloc calcule sa sortie pour ce nouveau pas de temps.

Dans la simulation, le temps avance différemment d'une horloge réelle. Chaque pas de temps prend autant de temps qu'il faut pour terminer les calculs pour ce pas de temps. Un pas de temps peut donc représenter une fraction de seconde ou quelques années.

Souvent, l'effet de l'entrée d'un composant sur sa sortie n'est pas instantané. Par exemple, allumer un radiateur n'entraîne pas un changement instantané de température. Au contraire, cette action fournit une entrée à une équation différentielle. L'historique de la température (un état) est également un facteur. Lorsque la simulation nécessite la résolution d'une équation différentielle ou aux différences, Simulink utilise la mémoire et des solveurs numériques pour calculer les valeurs d'état du pas de temps.

Simulink gère les données selon trois catégories :

  • Signaux — Entrées et sorties de bloc, calculées pendant la simulation

  • États — Valeurs internes, représentant la dynamique du bloc, calculées pendant la simulation

  • Paramètres — Valeurs affectant le comportement d'un bloc, contrôlées par l'utilisateur

À chaque pas de temps, Simulink calcule de nouvelles valeurs pour les signaux et les états. En revanche, vous pouvez spécifier des paramètres lorsque vous créez le modèle et les modifier occasionnellement pendant l'exécution de la simulation.

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