Xcos pour les vrais débutants

L'objectif de ce document est de vous guider pas à pas dans la découverte des différentes fonctionnalités de base de l'outil Xcos inclus dans Scilab pour un utilisateur n'ayant jamais utilisé un logiciel de modélisation et simulation de systèmes dynamiques hybrides. Cette présentation se limite volontairement à l'essentiel pour permettre une prise en main facilitée de Xcos. Les exemples, diagrammes et illustrations sont réalisés avec Scilab 5.4.1. Vous pouvez donc reproduire les exemples présentés à partir de cette version.

Scilab est un logiciel open source de calcul numérique que chacun peut télécharger gratuitement. Disponible sous Windows, Linux et Mac OS X, Scilab est téléchargeable à l'adresse suivante : http://www.scilab.org/

Vous pouvez être averti des sorties de nouvelles versions du logiciel Scilab en vous inscrivant sur notre canal de notification à l'adresse suivante : http://lists.scilab.org/mailman/listinfo/release

Pour faciliter l'échange entre les utilisateurs de Scilab, des listes de diffusion leur sont dédiées (liste en français, liste pour le monde de l'éducation, liste internationale en anglais). Le principe est simple : les personnes inscrites peuvent communiquer les unes avec les autres par courrier électronique (questions, réponses, partage de documents, retour d'expériences…).

Pour consulter les listes disponibles et s'inscrire, rendez-vous à l'adresse suivante : http://www.scilab.org/communities/user_zone/mailing_list

Le site Internet de Scilab dispose d'une rubrique consacrée à l'utilisation de Scilab (http://www.scilab.org/fr/resources/documentation) avec des liens et des documents utiles pouvant être téléchargés et imprimés librement.

Un document similaire à celui-ci intitulé « Scilab pour les vrais débutants » est également disponible en téléchargement dans cette même rubrique.

Après avoir lancé Scilab, l'environnement par défaut est constitué d'une console, d'un navigateur de fichiers, d'un navigateur de variables et d'un historique des commandes.

Dans la console, après « --> », il suffit de saisir une commande et d'appuyer sur la touche Entrée du clavier pour obtenir le résultat correspondant.

Xcos peut être ouvert :

• depuis la barre d'outils, via l'icône  ;
• depuis la barre de menus, dans Applications / Xcos ;
• depuis la console, en tapant :

xcos

Xcos s'ouvre par défaut avec deux fenêtres :

• le navigateur de palettes qui met à disposition un ensemble de blocs prédéfinis ;
• une fenêtre d'édition qui est la zone de construction d'un diagramme.

Pour construire un diagramme, l'utilisateur sélectionne les blocs dans le navigateur de palettes et les positionne dans la fenêtre d'édition (cliquer / glisser / déposer). Il peut ensuite connecter les blocs entre eux en utilisant leurs différents ports (entrée / sortie / événement) pour pouvoir simuler le modèle créé.

Nous allons vous expliquer comment construire un modèle de système à temps continu modélisé par une fonction de transfert d'ordre 1.

Lancez Xcos.

Comme vu précédemment, Xcos s'ouvre par défaut avec le navigateur de palettes et une fenêtre d'édition. Dans le navigateur de palettes, nous allons utiliser les blocs suivants :

Désignation	Représentation	Sous-palette
Échelon		Sources / STEP_FUNCTION
Fonction de transfert continue		Systèmes à temps continu / CLR
Horloge		Sources / CLOCK_c
Visualisation		Sinks / CSCOPE

Disposez les blocs dans la fenêtre d'édition. Pour relier les ports d'entrée et de sortie entre eux, cliquez sur la sortie (flèche noire) du bloc STEP-FUNCTION et en maintenant le bouton de la souris appuyé, reliez au port d'entrée du bloc CLR. Un carré vert apparaît en surbrillance pour indiquer que le lien est correct, comme décrit dans les images ci-dessous :

Relâchez pour finaliser le lien.

Complétez ensuite les connexions des blocs entre eux pour arriver à ce résultat :

Il est possible d'améliorer l'aspect de votre diagramme en utilisant les options d'alignement des blocs (menu Format / Aligner les blocs) et de style de liens (menu Format / Style de liens). À tout moment, les blocs peuvent être déplacés ou repositionnés en les sélectionnant et en maintenant le bouton de la souris appuyé pendant le déplacement. Relâchez le bloc à la position souhaitée.

La simulation est lancée en cliquant sur l'icône (ou depuis le menu Simulation / Démarrer) et peut être stoppée en cliquant sur (ou depuis le menu Simulation / Arrêter).

Une nouvelle fenêtre (scope) apparaît, montrant l'évolution de la simulation. En bas de la fenêtre d'édition du diagramme, une mention indique que la simulation est en cours :

Vous pouvez constater que le temps de simulation est assez long (il vous a peut-être été nécessaire d'arrêter la simulation en cours) et que la réponse est plate.

Nous choisissons donc de modifier les paramètres du bloc CLR et de la simulation.

Un « contexte » contenant du script Scilab permet d'utiliser facilement des fonctions et des variables dans les blocs Xcos. Nous allons utiliser ce contexte pour fixer des valeurs de paramétrage lors de la simulation du diagramme.

Cliquez sur Simulation / Modifier le contexte dans la barre de menus et définissez les variables suivantes :

• K = 1 ;
• Tau = 1.

Vous pouvez maintenant utiliser ces variables pour le paramétrage des blocs du diagramme.

Double-cliquez sur le bloc CLR, une boîte de dialogue s'ouvre avec les paramètres par défaut du bloc. Modifiez ces paramètres :

• numérateur : K ;
• dénominateur : 1+Tau*s.

La nouvelle fonction de transfert est affichée sur le bloc :

Si nécessaire, agrandissez le bloc afin que l'affichage puisse tenir à l'intérieur.

Nous allons maintenant configurer la simulation et les blocs pour visualiser la réponse temporelle du système à une impulsion. Pour cela, nous allons limiter le temps de simulation à 5 secondes (menu Simulation / Configurer) en modifiant le temps d'intégration final.

Double-cliquez sur le bloc CSCOPE pour configurer l'affichage des valeurs comprises entre 0 et 1.2, puis la période de rafraîchissement du scope à 5 secondes. Pour cela, changez les paramètres suivants :

• Ymin : 0 ;
• Ymax : 1.2 ;
• Refresh period : 5.

Relancez la simulation et visualisez le résultat :

Pour faciliter la compréhension de certains diagrammes, il est souvent utile de recourir aux superblocs ou blocs composites. Un superbloc contient une partie d'un diagramme ainsi que des blocs représentant ses entrées et sorties. Il peut être manipulé comme un seul et unique bloc dans le diagramme parent.

Après avoir réalisé un diagramme et sélectionné la partie du diagramme (ou sous-diagramme) que l'on souhaite réunir en un bloc, la création d'un superbloc s'effectue à partir du menu Édition / Zone vers Superbloc.

La sélection est alors devenue un bloc dont on peut afficher le contenu en double-cliquant dessus. Une nouvelle fenêtre d'édition s'ouvre alors avec la sélection de blocs initiale.

Il est également possible de « masquer » le superbloc créé pour désactiver l'accès au sous- diagramme. Pour cela, on effectue un clic droit sur le superbloc puis Masque du superbloc / Créer.

On peut également rendre accessible certains paramètres de configuration du sous-diagramme dans une seule interface de configuration par un clic droit sur le superbloc, puis Masque du superbloc / Personnaliser.

Il suffit ensuite d'ajouter les paramètres que l'on souhaite rendre accessibles.

Cette présentation était volontairement succincte et bien d'autres possibilités de simulation existent avec un grand nombre de blocs disponibles. Pour continuer de prendre en main facilement Xcos, nous vous invitons à consulter les nombreux exemples de diagrammes disponibles dans les démonstrations de Xcos en cliquant sur le menu ? / Démonstrations Xcos.

La barre de menus utile dans Xcos est celle de la fenêtre d'édition.

III-A-1. Menu Fichier▲

III-A-2. Menu Édition▲

III-A-3. Menu Affichage▲

III-A-4. Menu Simulation▲

III-A-5. Menu Format▲

III-A-6. Menu Outils▲

III-A-7. Menu ?▲

• Blocs couramment utilisés

  Blocs les plus utilisés.

• Systèmes à temps continu

  Blocs continus (intégration, dérivée, PID).

• Fonctions discontinues

  Blocs dont les sorties sont des fonctions discontinues de leurs entrées (hystérésis).

• Systèmes à temps discret

  Blocs de modélisation en temps discret (dérivée, échantillonné / bloqué).

• Interpolation

  Blocs calculant des approximations de sortie à partir des entrées.

• Gestion d'événements

  Blocs permettant de gérer les événements dans le diagramme (horloge, multiplication / division de fréquence).

• Opérations mathématiques

  Blocs de modélisation des fonctions mathématiques générales (cosinus, sinus, division, multiplication).

• Matrice

  Blocs pour des opérations matricielles simples et complexes.

• Électrique

  Blocs représentant des composants électriques de base (source de tension, résistance, diode, condensateur).

• Entier

  Blocs permettant la manipulation de nombres entiers (opérateurs logiques, portes logiques).

• Port et sous-système

  Blocs de création de sous-systèmes.

• Détection de passage à zéro

  Blocs utilisés pour détecter les traversées de zéro pendant la simulation. Ces blocs utilisent les capacités des solveurs (ODE ou DAE) pour effectuer cette opération.

• Routage de signal

  Blocs permettant le routage du signal, multiplexage, aiguillage, échantillonné / bloqué.

• Traitement du signal

  Blocs pour des applications en traitement du signal.

• Implicite

  Blocs pour modéliser des systèmes implicites.

• Annotations

  Blocs utilisés pour les annotations.

• Sinks

  Blocs de sortie utilisés pour l'affichage graphique (scope) et l'export de données (fichier ou Scilab).

• Sources

  Blocs de sources de données (impulsion, rampe, sinusoïde) et de lecture de données à partir de fichiers ou de variables Scilab.

• Thermohydrauliques

  Blocs des composants thermohydrauliques de base (source de pression, tuyaux, vannes de régulation).

• Blocs de démonstration

  Blocs utilisés dans les diagrammes de démonstration.

• Fonctions définies par l'utilisateur

  Blocs utilisateurs permettant de modéliser un comportement (fonction de simulation C, Scilab ou Modelica).

Pour la simulation de certains systèmes (systèmes acausaux contenant, par exemple, des blocs hydrauliques, électriques…), il est nécessaire d'avoir recours à un compilateur C.

III-C-1. Sous Windows▲

III-C-2. Sous Linux▲

III-C-3. Sous Mac▲

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