Matlab – Simulink – Stateflow

12 mai 2012

Présentation de l’environnement de travail Matlab – Simulink

Les systèmes de climatisation sont des machines frigorifiques. Comme dans un réfrigérateur, ils puisent de la chaleur dans un lieu clos (une pièce ou un logement entier) dont ils abaissent la température et rejettent cette chaleur à l'extérieur. Le climatiseur est une machine thermodynamique constituée d'un circuit fermé et étanche dans lequel circule un fluide frigorigène à l'état liquide ou gazeux selon les organes qu'il traverse. Ces organes sont au nombre de quatre : l'évaporateur, le compresseur, le condenseur et le détendeur.

  • On parle de climatisation quand la température de l'air de la pièce est maintenue dans des limites données.
  • On parle de rafraîchissement quand l'air subit un refroidissement modéré, non contrôlé.

Un système de climatisation est réversible s'il peut assurer aussi une fonction de chauffage : il prend alors de la chaleur à l'extérieur et la restitue à l'intérieur. C'est le principe de la pompe à chaleur.
Pour un logement, les systèmes « centralisés », climatisent plusieurs pièces, la totalité d'un logement ou un immeuble entier. Ils représentent un investissement important et nécessitent l'intervention de spécialistes compétents.

 

 

Analyse du modèle de climatisation

Le modèle servant de base à ce cours se trouve dans la documentation Matlab/Sti2d.

Ouvrez le fichier d’animation en cliquant sur l'image ci-dessous. Lorsque celle-ci est ouverte passez la souris sur les différents rectangles. Reproduire sur votre feuille les commentaires .

Le module Simulink de Matlab permet de simuler les systèmes, continus, discrets, non linéaires, … en relation avec la mémoire de travail de Matlab (workspace).Ce formalisme graphique représente le schéma-bloc du système à simuler.Les blocs sont agencés selon la structure du système à représenter.
Le bloc Stateflow fait partie de Simulink. Le bloc Stateflow permet de gérer des graphes à nombre d’états fini, avec des étapes, des actions, des transitions, des réceptivités, mais également avec des évènements.

Visualisation des courbes de simulation du modèle

En effectuant une simulation sur 20 heures et en ouvrant le « scope » de sortie de la boîte « Simulink », une boîte de visualisation s’ouvre. Cette boîte est partagée en deux cadres. Quatre résultats sont affichés.

Dans le cadre supérieur :

  • En bleu : la température extérieure cycle jour nuit simulée par une courbe sinusoïdale d’amplitude 8 degrés par rapport à une ligne moyenne de 16degrés.
  • En rouge : le seuil de température constant de 17 degrés que l’on cherche à obtenir. La température extérieure est donc située soit en dessous soit en dessus de la température intérieure désirée.
  • En violet : la réaction de la climatisation

Dans le cadre inférieur :

  • En bleu : désactivation de la climatisation au bout de 15 heures

Au début du cycle de fonctionnement, la température extérieure est inférieure à la température intérieure désirée, il y a donc activation de la climatisation – chauffage/refroidissement jusqu’à une température affectée d’une tolérance de +/- 2 degrés par rapport à la température désirée. On constate que l’on va descendre à 15°. le chauffage se déclenche plusieurs fois d’affilée.

Au bout de 15 heures, la climatisation est désactivée. La température suit  l’évolution de la courbe de la température extérieure et pendant la nuit et on a plus aucune influence sur la température intérieure.

Ouvrez les fichiers d’animation en cliquant sur les images ci-dessous.. Lorsque celles-ci sont ouvertes passez la souris sur les différents rectangles. Reproduire sur votre feuille les commentaires .

 

Analyse des différents états d'un bloc Stateflow

Stateflow est destiné à la représentation des systèmes et à la simulation de leur fonctionnement. Il communique avec Simulink. Les différents éléments du diagramme (chart) sont: les états (states), leurs liaisons (transitions), ainsi que les libellés attribués aux évènements (events) et aux actions.

 

Les objets Stateflow se rangent en deux catégories:

  • Des objets graphiques, représentés par un dessin symbolique normalisé,
  • Des objets non graphiques accessibles par leur libellé (label)
Objets d'un bloc Stateflow
États Transitions

Ouverture du logiciel MATLAB

Simulation du bloc Stateflow

Matlab – Simulink – Stateflow – sont un environnement graphique qui permettent de gérer des machines d’états et automates. L’affichage des différents fenêtres / graphes permet de simuler le déroulement temporel des états et transitions, et d’avoir ainsi le lien avec les résultats sur la climatisation.
 

 

Activité élève

Fiche élève

 

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