scicos-modelica

1、1Scicos et Modelica2Cest quoi Scicos ?Editeur, simulateur et gnrateur du code pour les systmes dynamiques hybridesObjectif : Utilisations industrielles mais aussi lenseignement de lautomatique et la rechercheComposant (Bote Outils) de Scilab Inclus dans le package Scilab Existe depuis 94 (premier re

2、lease Scilab)Financs par INRIA, des projets RNTL (Simpa, Metisse, Eclipse, Simpa2) et des contrats industriels (Renault, EDF) 3Sur quoi est-il bas ?Un formalisme ouvert et documentInspir des langages synchrones Extension temps-continuPermet la modlisation des systmes hybrides par une intgration harm

3、onieuse des composants temps-discrets, temps-continus et vnementielsPermet une gestion efficace de lutilisation du solveur numriqueDes solveurs numriques ODE et DAELsodar et Daskr Modifis et interfacs au simulateur4Qui sont les autres ?SimulinkProduit MathworksBote outils de Matlab Quasi monopoleSys

4、temBuildInitialement dvelopp par Wind Rivers faisant partie du logiciel MATRIXxPoint faible : pas denvironnement de support comparable MatlabAchet par Mathworks mais vendu sur une dcision du DOJ (position du monopole)Commercialis par NI; intgration LabViewDymola (Modelica)Produit DynasimAutres: plus

5、 spcialiss5Ses composantsEditeur Ecrit en Scilab (code, IHM et graphique)Facile customiserCompilateurScilab et CSimulateurC et Fortran (solveurs numriques)Librairie des blocsPalettes de blocs lmentairesScilab (fonctions dinterfaages) et C (fonctions de simulation, quelques vieux blocs en Fortran)Com

6、pilateur ModelicaDvelopp en CamlGnrateur du code C6Etat actuelDocumentations disponibles Site Web Exemples, documentations Aide en ligneLivre Formalisme de base Bien adapt pour les besoins actuels Extension Modelica en cours de dveloppement (Simpa, Simpa2, collaboration avec Peter Fritzen) Permet de

7、 remplacer la plupart des schmas Simulink (sans Stateflow) et SystemBuild Compilateur Code assez fiable refait en 2004 Algorithme plus efficace mais dvelopp en partie dans Scilab = problme de vitesse pour trs grand schma7Etat actuelSimulateurCode C bien test et efficace Extensions rcentes pour lintr

8、oduction de ModelicaModification et interfaage de DASKRGestion de redmarrage de DAE Gnrateur du codeCode C monoprocesseurPrise en compte du dynamique temps-continu (implantation par solveurs pas fixe)Gnration pour Linux RTAI (R. Bucher)Code SynDEx (RNTL ECLIPSE)EditeurIHM style Windows en cours de d

9、veloppement8Scicos et ScilabScicos est une bote outils et fonctionne dans lenvironnement Scilab.Lintgration Scicos/Scilab est importante pour fournir les fonctionnalits de Matlab/Simulink. Utilisation du langage Scilab pour batch processing- Post-traitement des rsultats de simulation - Validation de

10、 modle- Affichage graphique Utilisation des outils Scilab dans la construction de modles :- Identification de modle partir de donnes numriques - Construction de filtres et de contrleurs (automatique et traitement de signal)9Dveloppement de Scicos dans Scilab Avantages et InconvnientsEditeur facileme

11、nt adaptable : addition de menus et fonctionnalits,.Flexibilit dans la dfinition de forme et icones de blocs et liens (fonctions graphiques standard de Scilab)Facilit de dveloppement et de dbogagePortage de Scicos sur nouveaux systmes avec ScilabLes structures de donnes des modles Scicos sont des li

12、stes Scilab : facilit de manipulation et utilisation de fonctions Scilab pour linteraction. IHM limit par IHM de Scilab. Scilab est un langage interprt : manipulation des schmas de trs grande taille peut tre lente.10Scicos : FormalismeScicos fournit un environnement pour la construction des systmes

13、ractifs. Les modles Scicos sont construits en utilisant un diteur schma-blocs mais un langage dclaraltif sous-jacent existe bas sur un formalisme bien dfini.Le formalisme de base est simple car il ne traite que la partie ractive ; il ne sagit pas dun langage de programmation complet.Les blocs sont d

14、es atomes dans Scicos : le simulateur les considre comme des botes noires. Seul, quelques proprites sont utilises par le compilateur.11Scicos : FormalismeLe code ralisant le comportement du bloc (fonction de simulation) peut tre du C, Fortran ou ScilabLexcution des fonctions de simulations est suppo

15、se instantane : Scicos est un langage synchrone tendu au temps continu.Lexistence dun temps unique et universel est suppose.Le formalisme Scicos est trs proche du langage Modelica (mlange continu-discret, notion dvnement, rmanence des variables,)12Scicos : BlocBloc Scicos peut avoir deux types dentr

16、es et de sorties : * entre rgulire (souvent place sur les cots) * sortie rgulire (aussi sur les cots) * entre dactivation (souvent en haut) * sortie dactivation (souvent en bas)Les entres sorties rgulires sont utilises pour communiquer des donnes de bloc bloc par des liens rguliers.Les entres sortie

17、s dactivation connectes par des liens dactivation transmettent des informations de contrle.13ExempleLe bloc MScope affiche la sortie du gnrateur de squence alatoire et une version retarde. Ce schma contient une seule source dactivation. Tous les blocs sont donc activs de faon synchrone. 14Simulation

18、Le deuxime signal est une rplique du premier avec un retard de 315Sous-chantillonnageDeux blocs dans Scicos ralisent du sous-chantillonnage :Bloc If-Then-Else Bloc EselectPas des vrais blocs une facilit dditionpas de fonction de simulationgrs en phase de compilationLes sorties ne constituent pas des

19、 sources dactivation indpendantes : Evnements de sortie synchrones avec lentre.Lanalogue (dans un contexte diffrent) du conditionnement en C de If-Then-Else et Switch-case.16Sous-chantillonnageLa multifrquence est ralise dans un cadre synchrone utilisant le sous-chantillonnage ;cet exemple prsente u

20、n cas de multifrquence conditionnelle. Le bloc 1/z nest activ que si la sortie alatoire est positive. Ce diagramme est synchrone (une seule source dactivation indpendante).Le “bloc” If-Then-Else redirige les vnements dentre vers lune des sorties. 17Simulation18Event Driven vs Data FlowLe formalisme

21、Scicos est event driven: lactivation de chaque bloc est d un vnement dactivation.Mais le mcanisme dhritage produit un comportement de type “data flow” dans certains cas. Un bloc sans entre dactivation (et pas toujours-actif) hrite son activation travers ses entres rgulires19Hritage et multifrquenceL

22、e mcanisme dhritage est simple en prsence dune seule activation. Mais lhritage marche dans le cas gnral (conditionnement, asynchronisme) suivant des rgles prcises.Noter quen Scicos, un bloc peut avoir plusieurs entres dactivation.Le bloc Selector a 2 entres dactivation.Le bloc connait la voie par la

23、quelle il a t activ (1, 2 ou 1-2) et choisit lentre placer sur la sortie.Donc la sortie du Selector est alatoire si elle est ngative sinon elle est gale 1Le bloc “1” correspond une constante. Ce bloc nest pas activ et nhrite pas. Il est donc activ seulement une fois linitialisation. 20Simulation21Ex

24、emple asynchrone (hritage)Ici la somme et les oscilloscopes marchent par hritage. Les oscilloscopes hritent des activations diffrentes. Lhritage des oscillos est simple.La somme hrite de deux sources dactivation diffrentes. Dans ce cas le mcanisme dhritage cre deux ports dentre dactivation. 22Schma

25、doriginePrise en compteDe lhritage23Simulation(mcanisme dhritage)24Temps-continu : toujours-actifUn bloc peut tre dclar “toujours-actif”. Un bloc toujours-actif gnre des sorties actives en temps continu. Lactivation “toujours-actif” doit normalement tre traite comme toute autre activation. Mais pour

26、 simplifier ldition du schma, les blocs ainsi activs sont cods par un paramtre interne du bloc.Ils existent des blocs toujours-actifs dans les palettes Scicos (Sinusoid Generator, 1/s,). 25ExempleSinusoid Generator et 1/s sont toujours-actifs. Le bloc Abs lest aussi par hritage.On aurait pu aussi ne

27、 pas dclarer 1/s toujours-actif dans ce cas. Mais pas en gnral car si lentre de 1/s est une constante, la sortie nvolue pas. Clock est utilis ici juste pour rythmer laffichage de loscilloscope.26Simulation27Temps continu Sous-chantillonnageLe sous-chantillonnage marche aussi pour lactivation continu

28、e. Sans le bloc S/H, le bloc multiplication serait toujours actif (par hritage de Sinusoid Generator). Mais maintenant il hrite du “Else” du bloc If-Then_Else. Alors il est activ seulement quand sin(t) est ngatif.Economie faire dans les cas complexes. 28SimulationLa simulation montre linactivit de l

29、a multiplication. 29Temps continu/discret : interaction Les oprations temps continu et les vnements discrets interagissent :Les activations continues et discretes peuvent activer le mme bloc gnrant des signaux dactivations hybrides. Les signaux continus peuvent gnrer des vnements par des blocs “zero

30、-crossing”.Un vnement peut gnrer un saut dans un signal continu.30ExempleLes -to+ et +to- sont des blocs zero-crossing. Ici lvnement zero-crossing est utilis pour activer le bloc Relay dans un sens ou dans lautre.31Simulation32Application (Renault)moteur injection directe33Application (Intertechniqu

31、e)masque oxygne34Modelica (Langage de modlisation)Langage dclarativeAvec des quations et des fonctions mathmatiquesPermet la modlisation non causalSpcification haut niveauModlisation multi-domainelectrique, mcanique, hydraulique,Discret (commande), vnementielOrient objetsFortement typ Non propritair

32、ePas directement associ un produit commercialDfinition du langage par Modelica design groupExiste depuis 199635Scicos ou Modelica : Avantages et InconvnientsModlisation au niveau des composantsModlisation formelle : Optimisation du code, calcul de Jacobien, rduction dindexLangage unique Langage comp

33、liqu Utilisation des fonctions externes limite aux fonctions statiques Loin du solveur et son implantation numrique : directives pour le solveur numrique (no-event, smooth,) pas claires et insuffisantes Avantages de ModelicaInconvnients36Scicos ou Modelica : Avantages et InconvnientsFormalisme simpl

34、e et prcis (peu de primitives)Utilisation des blocs la simulinkBloc en C, C+, Possible dintervenir au bas niveau pour grer le solveur numrique (solveur pas variable,) Pas de bloc non-causal Pas de simplification formelle ni calcul de Jacobien Avantages de ScicosInconvnients37Scicos et Modelica : une premire intgrationExtension du Scicos (RNTL Simpa)Editeur Scicos permet de mlanger les blocs Scicos et Modelica au sein du mme schmaPrcompilation : regroupement des blocs Modelica = programme Modelica = code C = bloc Scicos38Scicos et Modelica : une premire intgrationSimilaire lintg