Sims Cape

Prsentation Formation Matlab Simulink Simscape

David Letranchant Lyce Blaise Pascal Chteauroux

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Sommaire

1 Introduction......................................................................................................................................1 2 Matlab ..............................................................................................................................................2

2.1 Prsentation..............................................................................................................................2 2.2 Fentre Principale ....................................................................................................................2

3 Simulink...........................................................................................................................................3 3.1 Prsentation de Simulink .........................................................................................................3 3.2 Aide sous Simulink..................................................................................................................6 3.3 Cration de modles.................................................................................................................6

3.3.1 Exemple 1 : sinus .............................................................................................................7 3.3.2 Exemple 2 : sinus tri ........................................................................................................8 3.3.3 Exemple 3 : redressement mono alternance.....................................................................8 3.3.4 Exemple 4 : systme 1er ordre..........................................................................................9 3.3.5 Exemple 5 : barre de navire ...........................................................................................10 3.3.6 Exemple 6 : rgulation d'un four....................................................................................11

4 Simscape ........................................................................................................................................13 4.1 Aide sous Simscape ...............................................................................................................13 4.2 Prsentation de Simscape.......................................................................................................13 4.3 Les librairies des domaines de base .......................................................................................14

4.3.1 Exemple 1 : redressement mono alternance...................................................................15 4.3.2 Exemple 2 : analogie systme mcanique systme lectrique....................................16 4.3.3 Exemple 3 : modlisation moteur CC entrainant charge inertielle d'inertie "J" avec frottement visqueux "b" .................................................................................................................17 4.3.4 Exemple 4 : change thermique par conduction ............................................................24 4.3.5 Exemple 5 : changes thermiques dans une pice .........................................................26

4.3.5.1 Simple ou double vitrage ou gaz argon ?...................................................................26 4.3.5.2 Simple, double vitrage, gaz argon et change thermique par les murs......................31 4.3.5.3 Double vitrage, change thermique par les murs et isolation ....................................37 4.3.5.4 Double vitrage, change thermique par les murs, isolation et chauffage ..................41

4.3.6 Exemple 6 : application sur un caisson dans le cadre d'un PPE en TermS....................48 4.3.7 Exemple 7 : modlisation d'une maison complte (site pairformance) .........................54

4.4 SimElectronics, SimMechanics, SimPowerSystems .............................................................58 4.4.1 Exemple 1 : SimElectronics : MLI en dynamique.........................................................59 4.4.2 Exemple 2 : Domaines de base/SimPowerSystems : redressement double alternance .60 4.4.3 SimPowerSystems : MCC (prsentation) ......................................................................61 4.4.4 Exemple 3 : SimPowerSystems : MCC excitation spare vide ..............................62 4.4.5 Exemple 4 : SimPowerSystems : MCC excitation spare en charge ........................63 4.4.6 SimPowerSystems : MAS (prsentation).......................................................................64 4.4.7 Exemple 5 : SimPowerSystems : dmarrage d'une MAS..............................................65

4.5 Dmos Matlab........................................................................................................................68 4.5.1 Exemple 1 : depuis l'aide du bloc DC Machine : dmarrage d'une MCC .....................68 4.5.2 Exemple 2 : depuis les dmos de Simscape : Thermal Systems : systme de chauffage d'une maison : "House Heating System" .......................................................................................69

1 Introduction Ce document a t conu dans le but de regrouper dans un ouvrage la majorit des commandes et fonctionnalits utiles la conception et la simulation de modles sous Matlab/Simulink/Simscape.

Ce document na aucune vocation faire de vous des professionnels de Simulink/Simscape, il est l comme un outil daide la conception sous Simulink/Simscape et son usage dpendra de ce que chacun en fera, selon ses comptences propres et son dsir dinvestigation personnel.

Il est nanmoins utile de savoir quelles sont les possibilits offertes par Simulink/Simscape, et jusqu'o nous pouvons aller afin de concevoir des modles les plus accessibles nos lves, et dexploiter les rsultats de la manire la plus conviviale possible.

Introduction de Yann Le Gallou, formateur Matlab acadmie Lille

2 Matlab 2.1 Prsentation MATLAB (pour MATrixLABoratory) est un langage de calcul scientifique cr en 1984 par Mathworks. Simulink est un outil de conception visuel, intgr l'environnement MATLAB. Il fournit un environnement de modlisation graphique par schma-blocs. Stateflow : environnement de conception pour le

dveloppement de machines tats Simscape : modlisation physique multi-domaines

(mcanique, lectrique, hydraulique, ) SimMechanics : modlisation mcanique 3-D avec

possibilit d'importer des modles SolidWorks SimElectronics : modlisation de systmes

d'lectronique et d'lectromcanique SimPowerSystems : modlisation de systmes

d'lectrotechnique et d'lectronique de puissance

La configuration logicielle MATLAB et Simulink peut tre enrichie par des botes outils complmentaires

http://www.mathworks.fr/academia/sti2d/?s_cid=0511_adaw_festo_218820

2.2 Fentre Principale

"Travail" initial : Dfinir le chemin daccs du rpertoire o vous voulez travailler :

Le contenu du rpertoire de travail do sont chargs et o sont enregistrs vos fichiers est affich

Affichage des fentres par dfaut : MD (Menu Droulant) Desktop puis Desktop Layout puis Default

3 Simulink 3.1 Prsentation de Simulink Simulink permet la modlisation, la simulation et l'analyse de systme dynamiques (variable en fonction du temps) partir de blocs

Lancement de Simulink par clic sur ou en tapant Simulink dans la fentre de commande (aprs le prompt >>, cf page prcdente) :

La fentre des librairies Simulink disponibles apparait :

Chaque librairie contient plusieurs blocs :

s ou p variables de laplace

Sortie non utilise

Pour visualisation rgime transitoire

Les blocs entours sont des blocs utiliss dans les exemples de ce document

Sortie non utilise

Pour visualisation valeur finale en rgime tabli

Pour visualisation rgime transitoire

Vers Matlab Rcupration des valeurs

Vers espace de travail


3.2 Aide sous Simulink Depuis la fentre "Simulink Library Brother" : MD Help puis Simulink Help puis Demos ou Exemples dans l'arborescence Slection du bloc puis MD puis Help for the Selected Block BD sur le bloc dans sa librairie puis Help for Recherche d'un bloc ou d'une fonction en tapant son nom dans "Enter search term" : en anglais Depuis la page blanche : BD sur les blocs dans la page blanche puis Help DC sur les blocs dans la page blanche pour rglage des paramtres du bloc

3.3 Cration de modles Cliquer sur la page blanche pour crer un modle :

La fentre suivante s'ouvre :

Raccourcis clavier classiques : BD, DC pour entrer dans un bloc Pour mettre du texte sur un fil : DC sur le fil

Connecter 2 blocs : relier 2 blocs par un fil par CG entre les blocs Connecter 2 blocs de manire rapide : clic sur le bloc de dpart, puis CTRL + clic sur le bloc de destination condition que la connexion soit possible !!

Si la connexion n'est pas possible : rien ne se passe et pas de message d'erreur Si plusieurs connexions sont possibles il en fait une au hasard

Lors de la 1re connexion entre 2 blocs cette boite de dialogue apparait et proposant la connexion "rapide"

Dposer les blocs prcdents par CG ou BD add to fichier en cours

Rotation de bloc sens horaire : CTRL R Miroir gauche droite : CTRL I Miroir haut bas : BD puis Format

MD : Menu Droulant BD : Bouton Droit DC : Double Clic CG : Cliqu Gliss

3.3.1 Exemple 1 : sinus

Slectionner le temps de simulation (10s par dfaut, mettre inf pour simulation en continu) puis lancer la simulation. L'arrter par

Double cliquer sur le scope :

Jumelle pour autoscale Paramtres du scope Maintien de l'autoscale Zoom X ou Y

Onglets paramtres du scope configurer comme suit pour obtenir des tracs "pais et avec fond blanc ou utiliser PDF creator

Rsultat

Modifier le signal sinus (notamment la frquence) et visualiser le rsultat :

!! 2*pi*la frquence !!

Si la courbe prsente des cassures (trac obtenu par interpolation) : Ajuster le temps de simul avec la priode du signal Modifier ou dcocher la limitation du nb de point de mesure du scope : icne parameters puis onglet history Modifier le solveur : CTRL+E depuis le schma (voir diapos 16 22 Simulink pairformance)

3.3.2 Exemple 2 : sinus tri Modifier l'amplitude la tension secteur

L'affichage sur 3 axes diffrent est possible :

3.3.3 Exemple 3 : redressement mono alternance Modifier les valeurs du bloc saturation, et les valeurs du slider gain par DC

Mettre un temps de simul infini : inf puis utiliser le slider gain (DC) pour pouvoir faire varier le gain (en dynamique)

Arrter la simulation pour pouvoir reprendre la main !!

3.3.4 Exemple 4 : systme 1er ordre Prsentation complte visionnable depuis les webinars de mathwoks

Reprsentation sous forme de laplace d'un modle du 1er ordre : charge dcharge d'un condensateur Slectionner le temps de simul 10s

Fonction en 1/(1+p) si varie, on a la charge plus ou moins rapide du condensateur

Relev pour = 2 : Relev pour = 1 :

Configurer le gnrateur (DC) :

Cration de sous systme (plus simple pour les lves) : Slection des blocs avec les fils (par cliqu gliss) puis BD et dans le MD : Create Subsystem (encapsulation de blocs dans un modle)

On peut voir le contenu du sous systme par DC :

Mettre une photo : Slectionner le sous systme puis BD puis Create Mask puis slectionner et entrer la syntaxe ou la copier par triple clic, avec le nom du fichier contenant l'image :

image(imread('moteur.jpg'))

Le fichier de l'image doit tre dans le rpertoire de travail de Matlab !! Cf page 2

1er ordre quivalent la modlisation d'un MCC avec cste de temps lectrique nglige devant cste de temps lectromcanique

3.3.5 Exemple 5 : barre de navire Fichier complet tlchargeable et consultable : intro_auto_matlab.pdf :

Les perturbations sont gnres par un gnrateur de fonctions qui fournit des sinusodes de frquence 0,4 Hz (vagues agissant sur le safran), leur amplitude a t rgle 20. Ces valeurs sont modifiables souhait. L'actionneur (vannes de tlcommande de l'hydraulique du safran) a t modlis par une fonction de transfert du premier ordre avec une constante de temps de 1/10s. L'ordre de barre est 10 (babord ou tribord, peu importe ici), il est donn t = 1s.

Schma-bloc Simulink :

Rponse de l'asservissement de position "barre de navire" un ordre de barre de 10 intervenant un temps t = 1s, les perturbations sont sinusodales :

On remarque le filtrage des perturbations, elles sont trs attnues. Nanmoins, la rponse est "bruite" par ces perturbations.

On peut ajuster les paramtres du correcteur PID (par DC) pour obtenir le relev ci-dessus

photo photo

3.3.6 Exemple 6 : rgulation d'un four La modlisation a t faite partir du modle de Broda (IUT GEII Chteauroux)

Modlisation du systme :

Relev de simulation de 2H (7200s) : demande de chauffe 150C partir d'une T de 18C

On peut modifier la valeur du gain pour amliorer le temps de rponse (instant t quand la rponse est comprise entre 95 et 105% de la valeur finale)

Retard pur de 372s

Correcteur intgral par compensation de la cste de temps dominante

photo

Visualisation du retard pur thorique de 372 s : pas variable (par dfaut) : CTRL+E (solver)

Visualisation du retard pur thorique de 372 s : pas fixe de 2s : CTRL+E (solver)

342,5s

372s

Pas fixe de 2s (multiple de 372)

ZOOM

ZOOM

4 Simscape 4.1 Aide sous Simscape Depuis la fentre "Simulink Library Brother" : MD Help puis Simulink Help puis Demos ou Exemples dans l'arborescence Slection du bloc puis MD puis Help for the Selected Block BD sur le bloc dans sa librairie puis Help for Recherche d'un bloc ou d'une fonction en tapant son nom dans "Enter search term" : en anglais Depuis la page blanche : BD sur les blocs dans la page blanche puis Help DC sur les blocs dans la page blanche pour rglage des paramtres du bloc

4.2 Prsentation de Simscape Simscape est la plateforme de modlisation physique et multi physique de Simulink On va retrouver des composants physiques sous forme de bloc de modlisation physique dans la catgorie, le monde Simscape (rsistance, condensateur, ampli op, sources, amortisseur, ressort, charge inertielle, moteur courant continu, asynchrone etc)

On trouve diffrents blocs dans diffrents domaines : Foundation Library : librairies des domaines de base

MD : Menu Droulant BD : Bouton Droit DC : Double Clic CG : Cliqu Gliss

4.3 Les librairies des domaines de base

Passage Simscape/Simulink et rciproquement Mettre les units par DC

Obligatoire pour trouver les quations. Doit tre reli au circuit (peu importe o)


4.3.1 Exemple 1 : redressement mono alternance

On obtient :

60Hz par dfaut

Passerelle simscape simulink

Bloc simulink

Bloc simscape

Obligatoire

4.3.2 Exemple 2 : analogie systme mcanique systme lectrique

Une vibration est un mouvement d'oscillation autour d'une position d'quilibre stable. Le comportement des circuits lectriques R, L, C linaires (fig 2) et celui des systmes mcaniques masse, ressort avec frottements visqueux (fig 1) est reprsent par des quations diffrentielles semblables (second ordre, coefficients constants). Il est possible de passer d'un circuit lectrique un systme mcanique en assimilant :

1. Une masse avec une inductance 2. Un frottement visqueux avec une rsistance linaire 3. La raideur d'un ressort avec l'inverse d'une capacit.

Masse soumise un ressort Circuit RLC

= coef de frottement

R = rsistance

k = constante de raideur

1/C = inverse de la capacit

Oscillateur lectrique sous Simscape :

Oscillateur mcanique sous Simscape :

Toutes valeurs 1 (affranchissement des units)

A partir des quations diffrentielles : Mme rsultat

V : vitesse P : position

4.3.3 Exemple 3 : modlisation moteur CC entrainant charge inertielle d'inertie "J" avec frottement visqueux "b"

Prsentation complte visionnable depuis mathwoks (webinar enregistr : introduction simulink)

On dsire modliser le schma suivant :

Avec les valeurs suivantes : V = 5 V L = 0.5 H R = 1 K = 0.01 V/rad.s-1 J = 0.01 kg.m2 b = 0.1N.m.s

Schma sous Simscape :

W : vitesse A : acclration

Cration d'un sous systme : Sur le schma prcdent, on a bien une sortie mais pas d'entre "extrieure". Pour cela il faut crer une entre (source de tension commande). Ensuite relier la sortie "non utilise" un "terminator" afin d'viter d'avoir une sortie qui ne serait relie rien

Slection des blocs (tout sauf l'entre et la sortie) mettre dans le sous systme par CG puis BD Create Subsystem

On a bien le sous systme avec une entre et une sortie :

Bloc agrandissable en tirant sur les cots

Par DC sur le Subsystem, on retrouve le schma initial

Cration d'un Mask : On va crer un mask afin de paramtrer chaque variable du modle : BD sur le sous systme puis Create Mask : Onglet Parameters puis ajouter autant de variables que ncessaires par clic sur l'icne puis saisir le texte et les variables :

Il faut renommer chaque bloc (DC sur le bloc) en y associant sa variable (voir ci-dessus) :

Maintenant en DC sur le sous systme, on obtient et on peut rentrer les valeurs prcdentes :

Le schma devient compltement transparent pour l'lve

On peut toujours voir le contenu du mask : BD puis Look Under Mask

Si on rajoute une photo, il nous reste :

Pour modifier le contenu du mask (paramtre de chaque variable du modle et / ou la photo ) : BD puis Edit Mask

Create Mask pour cre le mask et Edit Mask pour modifier le mask

On retrouve videmment le mme rsultat :

Visualisation avec tension d'alimentation de 5V en entre et monte en vitesse

Relev prcdent de la monte en vitesse seule

On dsire maintenant une consigne de 2rad/s en entre (asservissement en vitesse)

Le temps de rponse est beaucoup plus long (temps de simul de 30s au lieu de 3s), erreur nulle en rgime tabli du fait de l'intgrateur dans le PID :

Double cliquer sur le bloc PID

On peut modifier les valeurs la main ou le faire automatiquement en cliquant sur tune

Bloc PI avec valeurs 1 (gain et cste de temps)

A condition d'avoir la licence !! :

Simulink propose un rglage optimal :

On peut valider par apply et relancer la simulation :

Pour voir les paramtres du rglage optimal (cf page suivante)

On peut voir que les paramtres proposes par le logiciel sont bien pris en compte

On peut voir les valeurs, de dpassement de la rponse et du correcteur:

On peut aussi dplacer le curseur du temps de rponse et voir en temps rel le rsultat et prendre en compte ce nouveau rglage par apply puis relancer la simulation

4.3.4 Exemple 4 : change thermique par conduction Chauffage d'une barre mtallique : une extrmit est chauffe 600K et l'autre extrmit est 300K (la T ambiante). Au centre de la barre, la T est-elle de 450K ?

Paramtres des blocs : les valeurs sont les valeurs par dfaut, je cherche vrifier la stabilisation de la T 450K au centre de la barre

Relev de simulation : la T se stabilise bien 450K

T en K

Consigne 600K

T ambiante 300K

Capteur de T et visualisation

On peut toujours crer un sous systme :

Constantes Simulink ou Simscape ? Constante Simulink

Constante Simscape

Dans les 2 cas, il faudra un adaptateur pour passer d'un bloc simscape simulink et rciproquement (blocs S PS et PS S). Par contre sous simscape, il faut DC sur la cste pour voir sa valeur

On peut toujours crer un sous systme :

Photo et mask

Par DC

Photo et mask

Par DC

On peut mettre l'entre gauche ou droite sur le sous systme

4.3.5 Exemple 5 : changes thermiques dans une pice 4.3.5.1 Simple ou double vitrage ou gaz argon ? Prsentation complte visionnable depuis les webinars de mathwoks

Au bout de combien de temps une pice atteint la T extrieure (10C) partir d'une T initiale (20C) sans chauffage suivant diffrents types de vitrage ?

Utilisation d'un sous systme :

Relev de simulation (au bout de 24 heures) partir du mask ci-contre (verre 4-16-4) :

Photo et Mask (BD puis "Edit Mask")

BD puis "Edit Mask"

Par DC

On tient compte que des changes par les vitres

Contenu du sous systme :

Sous systme "simple vitrage" :

Sous systme "double vitrage" (vitre, lame d'air, vitre) :

Sous systme "double vitrage gaz argon" (vitre, lame de gaz, vitre) :

Modlisation d'une vitre

Simple vitrage

Double vitrage

Double vitrage gaz argon

Rsi Rse

Rse

Rsi Rse

BD puis "Look Under Mask"

Rsi

Source Textr

1 capteur de T dans chaque pice

Rsi et Rse : Rsistances superficielles d'change cot intrieur et cot extrieur

Le contenu des blocs pour le "double vitrage" : (pour les valeurs et leurs dfinitions, voir page suivante)

Inertie thermique pice Transfert par convection Cot pice (Rsi = 0.13)

Transfert par convection Cot extrieur (Rse = 0.04)

Epaisseur /2 car transfert par conduction des 2 cots de la paroi (verre ou air)

Inertie thermique verre et air 1e-3 car paisseur en mm

Dfinitions des blocs thermiques et valeurs des paramtres (source : Wikipdia) :

Chaleur spcifique (J kg-1 K-1) Air 1004 Argon 320 Verre 720

La chaleur spcifique, qu'il convient d'appeler capacit thermique massique, est dfinie par la quantit de chaleur apporter 1kg du matriau pour lever sa temprature de1C

Brique 840

Conductivit thermique (Wm-1K-1)

Air 0,0262 Argon 0,01772 Verre 1,2

La conductivit thermique. est une grandeur physique caractrisant le comportement des matriaux lors du transfert thermique par conduction note . Cest le flux de chaleur qui traverse la paroi sur 1 mtre dpaisseur pour 1 mtre carre de surface avec une diffrence de temprature de 1 degr entre les 2 faces de cette paroi

Brique 0,84

Coefficient de transfert thermique (Wm-2K-1)

Verre, brique cot extrieur

1/0,04

Verre, brique cot pice

1/0,13

Plafond cot extrieur

1/0,04

Le coefficient de transfert thermique est un flux thermique par convection au travers d'une surface d'change appel aussi coefficient de transmission surfacique U. Il permet d'indiquer la facilit avec laquelle l'nergie thermique passe au travers de la surface d'change

U = 1 / (Rsi + R + Rse) avec : R = ep / (R = Rth = paisseur/conductivit thermique du matriau)

Plafond cot pice

1/0,17

Masse volumique (kg/m3) Air 1,204 Argon 1,783 Verre 2530

La masse volumique est une grandeur physique qui caractrise la masse d'un matriau par unit de volume

Brique 1500

Affichage des rsultats de simulation en C :

Par dfaut l'unit en thermique est le kelvin : K. Si l'on souhaite travailler C (notamment pour la visualisation des rsultats sur le scope, il faut imprativement paramtrer les 2 blocs "passerelle" Simscape/Simulink (et rciproquement) de la manire suivante :

Taper le C la main pour C (non prsent dans le MD) et cocher (prcis ici)

Simulink Simscape

Simscape Simulink

Choix du solveur : (pour une simulation thermique)

4.3.5.2 Simple, double vitrage, gaz argon et change thermique par les murs

Le type de vitrage importe peu (les pertes par la surface murale et le plafond l'emportent largement par rapport celles par la surface vitre)

BD "Edit Mask"

Les dimensions de la pice sont les dimensions intrieures

On tient compte des dperditions par les murs

Paramtrage du mask :

On a de l'aide en franais !!

Onglet Documentation

Pour lpaisseur dun verre de la fentre

Le contenu de la modlisation :

BD puis "Look Under Mask"

Simple vitrage

Double vitrage

Double vitrage gaz argon

Rsi Rse

Rsi Rse

Rsi Rse

Les parois son en // : elles sont en contact avec l'extrieur et la pice

Il n'a pas t tenu compte de la dalle dans cet exemple

Les sous systmes "murs" et "plafond" et le contenu des blocs :

Le sous systme "murs" :

Le sous systme "plafond" :

Les blocs "convections" pour les murs et le plafond :

Prsentation du mask par onglets :

Nombreux paramtres

BD : "Edit Mask"

Do on obtient cette prsentation par onglets :

4.3.5.3 Double vitrage, change thermique par les murs et isolation Pas de chauffage donc suivant le type d'isolant, on tendra plus ou moins rapidement vers la T extrieure de 10C

Schma interne (double vitrage seul, choix de ma part !!) : BD puis "Look Under Mask"

Pour la surface de la pice, on enlve la "place" prise par l'isolant :

La syntaxe pour la slection d'une isolation on non :

Isolation (murale) slectionne : Isolation (murale) non slectionne :

Les valeurs propres chaque isolant suivant l'isolant choisi (masse volumique, chaleur spcifique et conductivit thermique) :

On affiche les 15 "Prompt" Isolation slectionne (15 "on")

On affiche 13 "Prompt" Isolation non slectionne donc non affiche : off pour #12 et #13

Choix possibles du type d'isolant et d'paisseur pour le plafond et/ou les murs

Valeurs prises dans le tableau de la page suivante

Ma source pour les valeurs masse volumique, chaleur spcifique et conductivit thermique : http://www.ecobati.be/fr/services/conseils/explication-technique/comparatif-de-different-materiaux.html

Rsultats de simulation : 30cm de vermiculite pour le plafond et les 3 types disolant pour le mur (10cm chaque fois) : Simulation de 24 heures

10cm de panneau de cellulose

10cm de gyproc

10cm de laine de verre

Sans isolation

On perd plus vite sans isolation, normal.. On perd galement trs vite avec la laine de verre Il faut chauffer !!!

On ne trouve pas toujours tout fait les mmes caractristiques pour un mme isolant suivant les sites internet (cf les 2 fichiers joints dans le rpertoire isolant)

4.3.5.4 Double vitrage, change thermique par les murs, isolation et chauffage

Si inter sur position 0, on retrouve les relevs prcdents, normal !!! Sinon on a une puissance de chauffe de 500 W

Schma interne : BD puis "Look Under Mask"

Source de chaleur pour le chauffage (directement dans la pice)

Rsultats de simulation avec un chauffage de 500W : 30cm de vermiculite pour le plafond et les 3 types d'isolant pour le mur (10cm chaque fois) : Simulation de 24 heures

10cm de panneau de cellulose

10cm de gyproc

10cm de laine de verre

Sans isolation

Sans isolation, on arrive 15C Le gyproc est nettement moins bon que les panneaux de cellulose ou que la laine de verre !! Avec ces 2 derniers les T atteintes sont levs, ncessit d'une rgulation Il y a un dpassement car les constantes de temps des variations de T dues au chauffage et la T extrieure sont trs diffrentes

Avec un thermostat : On dpasse la T initiale de 20C donc ncessit de mettre un thermostat, on chauffe en dessous d'une certaine T et arrte au dessus d'une autre (rgulation)

Rsultats de simulation (10 heures) :

Sans isolation sur les murs : La rgulation n'est plus possible malgr le chauffage pleine puissance (TC de 19C non atteinte) Solutions : Isoler Augmenter la puissance du chauffage (facture)

Avec isolation de 10cm de panneau de cellulose sur les murs : Rgulation entre 17C et 19C

Librairie Simulink puis "Discontinuities"

Sous systme : Cration d'un sous systme relay (thermostat) par slection puis BD "Create Mask", on pourrait aussi l'inclure directement dans le sous systme (cration d'un nouvel onglet "thermostat" dans le mask)

Variables associes

On retrouve videmment les mmes rsultats de simulation que prcdemment

Travail faire : (par exemple !!!) On peut ajouter une isolation extrieure avec possibilit de la slectionner ou non comme pour l'isolation intrieure (2 isolations possible simultanment) On peut aussi faire une modification pour slectionner ou non l'isolation au plafond

Par DC

Avec variation de la T sur la journe : On superpose une sinusode une valeur fixe : approximation de l'volution de la T sur la journe

Rsultats de simulation (48 heures) :

A une T < 10C exter, dcrochage de la rgulation (chauffage insuffisant) A une T de +20C exter, arrt de la rgulation (apport de chaleur extrieure suffisant)

Priode de 24H 24*3600s Si trac incomplet

Dcocher la limitation en DC sur le scope

Pas d'isolation extrieure

Chauffage 500W

Calcul du cot de chauffage :


Pour la simulation prcdente :

1,882 pour 48H

Capteur flux thermique

Passage Simscape - Simulink

W= dt P

500W Pas diso exter

500W Avec iso exter

1500W !! Sans iso exter

4.3.6 Exemple 6 : application sur un caisson dans le cadre d'un PPE en TermS Quelle est l'volution de la T l'intrieur d'un caisson partir d'une T initiale (intrieure et extrieure) de 20C avec un chauffage de 15W suivant diffrents isolants (mur et/ou plafond) ?

L'installation est la suivante :

On peut au choix, mettre de l'isolant (polystyrne ou laine de roche) sur les parois et/ou au plafond Il faut maintenant tenir compte de l'change thermique par le fond du caisson

La modlisation est la suivante :


Caisson

Sonde de T

Rsistance chauffante

Alimentation rsistance chauffante

Xlogger

Visualisation sur PC

Modlisation du fond du caisson

Le sous systme "fond caisson" et le contenu des blocs :

Le contenu du sous systme fond de caisson :

Le caisson est en bois, valeurs prises sur le site : http://www.construction-conseil.fr/materiaux-maison/tableau-comparatif-des-isolants

L'onglet pice permet d'entrer les caractristiques du caisson :

On peut ou non slectionner une isolation et son type :

Pour le dtail, cf pages prcdentes

La syntaxe pour la slection d'une isolation on non (mur, plafond) et de son affichage :

Pour le dtail, cf pages prcdentes

Les valeurs propres chaque isolant suivant l'isolant choisi (masse volumique, chaleur spcifique et conductivit thermique) :

Valeurs prises sur le site (fichier dans le rpertoire isolant) : http://www.construction-conseil.fr/materiaux-maison/tableau-comparatif-des-isolants

Les rsultats de simulation des lves donnent :

Les carts peuvent tre justifis par : La modlisation de la sonde, en fait la sonde chauffe sur une longueur de 20cm. La sonde est dispose en serpentin dans le fond du caisson

La dcoupe (par les lves) du polystyrne

Les dperditions visibles la camra thermique

La T de la salle diffrente de 20C et notamment si le caisson se trouve proximit d'une vitre et qu'il fait soleil ce jour l..

4.3.7 Exemple 7 : modlisation d'une maison complte (site pairformance)

Modlisation d'une maison dont les formes sont les suivantes puis chauffer cette maison (T initiale de 0C) avec une puissance de 5000 W avec une temprature extrieure de -20C

Pag

e 55

La

modlisatio

n :

T extrieure

T vide sanitaire Puissance de chauffage de 5000W

T comble

T pice

Les rsultats de simulation :

Avec une puissance de 5000W Simulation de 24H (24*3600s) En violet T intrieure En rouge T dans les combles

Avec une puissance de 10 000W Simulation de 24H (24*3600s) En violet T intrieure En rouge T dans les combles

C'est mieux avec 10 000W !!!

Toujours avec ces 10 000W, on peut exploiter les sorties des diffrents sous systmes et les relier un scope afin de visualiser l'volution de la T au cur des matriaux :

Goto From

Librairie Simulink puis "Signal routings"

Capteur de T

Les rsultats de simulation : Chauffage de 10 000W

-20C au cur des tuiles -11C dans l'isolant

-13C dans les pignons

+25C dans le plafond +11C dans l'isolant du plafond

0C dans les vitres

+22C dans le platre +2C dans l'isolant -20C maonnerie exter

14 dans la dalle

4.4 SimElectronics, SimMechanics, SimPowerSystems

On va retrouver des lments propres aux domaines de l'lectronique, l'lectrotechnique et la mcanique

4.4.1 Exemple 1 : SimElectronics : MLI en dynamique Comparaison d'un signal triangulaire avec un signal continu

Signal triangulaire

Signal continu

4.4.2 Exemple 2 : Domaines de base/SimPowerSystems : redressement double alternance

230*sqrt(2)

Domaines de base

SimPowerSystems

On ne peut pas "mlanger" des lments de librairies diffrentes :

connexions impossibles !!

Pour une mme fonction, les lments sont diffrents

4.4.3 SimPowerSystems : MCC (prsentation)

Quatre signaux de sortie sont directement visualisables partir du point "m" (utilisation d'un dmultiplexeur)

Choix modle MCC Excitation spare

Choisir un modle puis "No" les paramtres sont alors modifiables

Valeurs fonctionnement nominal !!! 1HP = 736W

MCC excitation spare ou

aimant permanent

4.4.4 Exemple 3 : SimPowerSystems : MCC excitation spare vide

Rsultats de simulation ( vide) :

Elments librairie SimPowerSystems

Au dmarrage : I=U/R = 240 / 2,581 = 92,9A

4.4.5 Exemple 4 : SimPowerSystems : MCC excitation spare en charge

Rsultats de simulation (en charge) :

1750 tr/ min = 183rad/s

5HP = 3680 W= Pu

Variation du couple jusqu' obtenir une puissance de 3680W (3683W) et 1750r/min :

4.4.6 SimPowerSystems : MAS (prsentation)

Les diffrentes grandeurs mesurables :

Plutt que d'utiliser un dmultiplexeur (Demux) 28 sorties, on prend un Bus Selector (librairie Simulink puis "Commonly Used Blocks") par lequel on va slectionner les grandeurs visualiser

Pour l'exemple ci-dessus

Par DC

4.4.7 Exemple 5 : SimPowerSystems : dmarrage d'une MAS Merci Jean Paul Wittewrongel (lyce blaise Pascal) pour cette application Schma : on tient compte de l'inertie de la charge, le couple ramen est gal Tm = Jd / dt + Cr

Les paramtres du solveur sont : (pas fixe de 0.0001 s)

Inconvnient si on prend une inertie de 0.5 (ce qui correspond aux inerties classique Chteauroux)

La solution est d'intgrer linertie dans le moteur directement

Slectionner d'un moteur :

Dslectionner le moteur (les paramtres prcdents sont gards et pourront tre modifis)

Rajouter directement manuellement l'inertie (+0,5)

Le nouveau schma donne :

Les rsultats de simulation (comme dans les livres dixit JP) :

4.5 Dmos Matlab 4.5.1 Exemple 1 : depuis l'aide du bloc DC Machine : dmarrage d'une MCC Pour limiter le courant d'induit au dmarrage, on peut dmarrer sous tension rduite ou avec rhostat (exemple propos)

Rsultats de simulation :

On peut ouvrir et modifier tous les modles par lien hyper text ou "open this model" en haut droite de la page

4.5.2 Exemple 2 : depuis les dmos de Simscape : Thermal Systems : systme de chauffage d'une maison : "House Heating System"

Commande de chauffage partir de 18C jusqu' 23C, visualisation de la T extrieure et intrieure avec cot du chauffage

T ext

T int

On peut ouvrir et modifier tous les modles par lien hyper text ou "open this model" en haut droite de la page

Sims Cape

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Transcript of Sims Cape