Introduction au modèle Multiphysique Modèle CAUSAL ou ACAUSAL

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Introduction au modèle Multiphysique Modèle CAUSAL ou ACAUSAL

Objectif(s) :

Modéliser à l’aide d’un logiciel multiphysique, le comportement d’un système.

Apprendre et mettre en place les éléments de bases d’un modèle.

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Sommaire

1 – Introduction . . . 2

2 – Le modèle acausal . . . .

2 3 – Le modèle causal . . . 3

4 – Inconvénients et avantages . . . 3 à 4

5 – Méthode de personnalisation de certains blocs. 4 à 7

6 - Les connexions . . . .8

7 - Ecart entre expérimentation et simulation. . . .8 à 9

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1-Introduction

L’évolution rapide des technologies a amené les ingénieurs à concevoir des systèmes de plus en plus complexes, de plus en plus pluri-technologiques et dont les différents composants présentent de nombreuses interactions entre eux.

Jusqu’à présent les parties mécaniques des systèmes étaient simulés à partir de logiciels purement mécaniques et les parties électriques ou électroniques l’étaient par des logiciels purement électriques, jamais les deux.

Aujourd’hui les deux sont réunis au sein d’un même logiciel, l’étude et le comportement d’un futur projet ne peut plus être réalisée sans l’aide d’un logiciel de simulation dit multiphysique⁽¹⁾ car il est primordial d’étudier un système dans sa globalité.

2- Le modèle ACAUSAL

Le modèle acausal correspond à un modèle où la représentation se fait directement par assemblage de composants très proche de la réalité :

Sur le shéma ci-dessus apparaît :

- un moteur , un réducteur , différents capteurs  et une source de tension .

Le comportement physique des différents composants est pris en compte directement par le logiciel, il est possible de modéliser le fonctionnement sans avoir à écrire les équations qui caractérisent le comportement de chaque bloc.

On peut même inclure des photos pour le rendre plus réaliste comme ici :

(1) Les sous- ensembles d’un système mobilisent chacun des technologies différentes et donc des disciplines différentes (électronique, mécanique, ….), c’est pour cela que l’on parle de simulation multiphysique.

1 2

3

3 4

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3- Le modèle CAUSAL

Le modèle causal correspond à un modèle où le comportement d’un système est caractérisé par un bloc contenant une fonction de transfert. Par exemple prenons un réducteur, la fréquence de rotation en sortie est 10 fois plus petite qu’à l’entrée, la fonction est donc Ns = Ne x 1

10

Les connexions entre deux blocs ne sont pas orientées, ont une signification physique et transmettent un niveau d’information supérieur aux connexions en modélisation causale. Ces connexions peuvent signifier transfert d’information:

- Type courant et tension.

- Type couple et vitesse angulaire.

- Type force et vitesse linéaire.

4- Avantages et inconvénients de chaque méthode de

modélisation

4.1 Le modèle acausal

Son principal avantage réside dans le fait qu’il est très proche de la réalité, les blocs correspondent à des composants facilement identifiables (moteur, réducteur, …., résistance, divers capteurs) et modifiables par les paramètres de chaque bloc. Les inconvénients peuvent apparaître lorsque les blocs n’existent pas pour modéliser un comportement bien spécifique.

Avec k=10

Ns

Ne

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Sciences de l’Ingénieur Page 4 4.2 Le modèle causal

Son avantage est l’inconvénient du précédent, si vous pouvez mettre en équations le comportement de votre système alors vous pouvez modéliser son fonctionnement. Ci- dessous un exemple concret :

Modélisation du déplacement d’une dalle électrique lorsqu’on marche sur celle-ci.

(Remontée de la dalle à l’aide de 4 ressorts)

5- Méthode de personnalisation de certains blocs

La règle générale consiste à double-cliquer sur le bloc pour accéder aux paramètres de configuration de celui-ci.

La deuxième règle est que le logiciel n’impose aucunes unités c’est à vous de gérer l’homogénéité de celle-ci.

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Sciences de l’Ingénieur Page 5 5.1 – Le bloc Scope

5.2 – Le bloc Time

5.3 – Le bloc Réducteur

5.4 – Le bloc Moteur

Important

Borne inf. et supérieur

Donner un nom à la courbe

Durée de la simulation Nbre de points de calculs

souhaités Options d’affichage

Attention c’est le rapport de transmission et non pas le rapport de réduction qui est demandé.

Renseigner les divers champs concernant les caractéristiques du moteur, attention aux unités !

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Sciences de l’Ingénieur Page 6 5.5 – Les blocs « Opérateurs mathématiques » modèle causal.

Parmi les opérations élémentaires sur le signal, on peut retenir : - L’addition, la soustraction, la multiplication, la division.

5.6 - Des blocs pour des opérations plus puissantes

L’intégrale, permettant de faire une somme au fur et à mesure du temps.

La dérivée, pour avoir la variation instantanée du signal par rapport au temps.

Primitive Produit ou Division

Somme ou soustraction

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Sciences de l’Ingénieur Page 7 Les « superfonctions », permettant à l’utilisateur de créer dans un seul bloc une fonction complexe

composée de plusieurs blocs.

5.7 – Les blocs « Opérateurs mathématiques » modèle acausal.

5.8 - Des blocs pour les entrées…

En entrée par exemple, on retrouve régulièrement :

- des blocs échelons (passage de 0 à une valeur fixe donnée à un instant donné),

- des blocs constants : valeur fixe,

- des rampes, produisant une fonction affine du temps (signal = a*temps +b).

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6- Les connexions

Attention aux connexions, elles ne peuvent qu’exister qu’entre des bornes de même couleur ( bleu avec bleu ou contour bleu, Gris avec gris ou contour gris, …. etc).

Possibilité de conversion d’une information en un autre type d’information :

7- Ecart entre expérimental et simulation

Suivant les résultats attendus et le degré de modélisation souhaité, le schéma sera plus ou moins complexe. Cependant, et quelle que soit la complexité du schéma, il est

indispensable de cibler les variables importantes et de leur donner une valeur la plus cohérente possible.

Quoi qu’il en soit, et même avec des valeurs très proches de la réalité, il existera toujours un écart, aussi infime soit-il, entre les résultats d’une simulation et les résultats

expérimentaux. Cela peut s’expliquer par de nombreux facteurs négligés dans le modèle

Couleur des connexions

(Bleu)

(Gris)

(Vert)

(Gris)

(Rouge)

(Bleu)

Bleu Noir

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Sciences de l’Ingénieur Page 9 (frottements, inerties, jeux mécaniques, etc.) mais également par les méthodes de mesure utilisées sur le système réel.