Premiers pas avec MATLAB Simulink pour la simulation matérielle : un guide étape par étape (exemple de source de courant constant)

• Auteur: Johnny Liu, PDG de Dowway Vehicle
• Date de publication : 26 juin 2026
• Temps de lecture : 8 minutes
• Catégorie: Ingénierie matérielle / Simulation de circuits / Conception basée sur des modèles

Résumé exécutif

Points clés à retenir : Bien que les outils SPICE standard comme LTspice et PSpice fonctionnent bien pour les vérifications de circuits de base, MATLAB Simulink (via Simscape) Cela offre un avantage majeur aux ingénieurs en matériel : la possibilité de créer des modèles personnalisés directement à partir des paramètres de la fiche technique et de les exécuter. Tests HIL (Hardware-in-the-Loop). Ce guide vous accompagne dans la configuration d’une source de courant constant simple dans Simulink. Nous abordons les éléments essentiels tels que… Configuration du solveur, en choisissant la norme la plus rapide Transistor bipolaire NPN plutôt que l’option SPICE, et en nettoyant votre espace de travail.

1. Au-delà du monde universitaire : MATLAB et Simulink dans l’ingénierie du monde réel

De nombreux jeunes ingénieurs pensent MATLAB Elle est souvent utilisée uniquement pour la recherche universitaire ou les travaux de mathématiques. Mais dans les industries du monde réel, notamment dans l’électronique automobile, les véhicules électriques et les systèmes de contrôle, c’est un outil de travail extrêmement robuste.

Dans le cadre de mon travail quotidien de direction d’équipes d’ingénieurs, nous utilisons le large éventail de fonctionnalités de MATLAB pour :

• Écriture et test d’algorithmes.
• Analyse des données et exécution des calculs.
• Conception de systèmes de contrôle et traitement des signaux.
• Simulation du matériel physique et représentation graphique des résultats.

Oui, MATLAB est un logiciel volumineux et lourd. Il faut un ordinateur puissant pour bien le faire fonctionner. Mais ses boîtes à outils intégrées sont incroyablement utiles. Celles que j’utilise le plus sont : Simulink (pour la simulation physique et logique) et le Concepteur d’antennes boîte à outils, ainsi que des calculs numériques de base et des graphiques personnalisés.

Au lieu de présentations génériques, voyons comment construire un système fonctionnel. Circuit source de courant constant Dans Simulink, je mettrai en lumière les principaux choix d’ingénierie et les étapes de configuration à connaître.

2. Ouverture de Simulink et configuration de votre espace de travail

Comment lancer Simulink via la ligne de commande

Pour gagner du temps, évitez de naviguer dans des menus visuels complexes. J’ouvre directement la page de démarrage en saisissant cette commande dans la fenêtre de commande MATLAB et en appuyant sur Entrée. Entrer:

simulink

Cela affiche immédiatement l’écran de démarrage de Simulink, où vous pouvez ouvrir un modèle vierge et enregistrer votre fichier de projet.

Recherche rapide de composants (Saisie par insertion)

Une fois votre espace de travail ouvert, ne perdez pas de temps à parcourir l’arborescence de la bibliothèque. Vous pouvez trouver et placer des composants instantanément grâce à Saisie pour insertion raccourci:

1. Double-cliquez sur n’importe quel espace vide de la zone de dessin.
2. Saisissez le nom ou le raccourci de la pièce (par exemple, type “R” pour évoquer un résistance).
3. Choix clé : Puisque nous construisons un circuit physique, assurez-vous de sélectionner des composants du domaine physique (Simscape / Bibliothèque de base / Électrique) plutôt que des blocs de signaux Simulink standard.

3. Sélection des composants : Simulation de transistors, vitesse et sources d’alimentation

Pour construire notre source de courant constant, nous devons choisir nos composants avec soin.

Transistor bipolaire NPN vs. NPN SPICE

Lorsque vous recherchez un transistor, Simulink vous propose deux options principales :

1. Transistor bipolaire NPN (Modèle standard Simscape)
2. SPICE NPN (Modèle compatible SPICE)

Pour consulter la documentation officielle des deux parties, vous pouvez vous référer à ces pages MathWorks :

• Documentation SPICE sur les transistors NPN
• Documentation sur les transistors bipolaires NPN

Astuce rapide : Pour mes simulations, J’utilise toujours le transistor bipolaire NPN standard.. Il utilise des calculs mathématiques simplifiés qui s’exécutent beaucoup plus rapidement tout en conservant la précision nécessaire aux tests de circuits généraux.

Sources d’alimentation et mise à la terre

Pour faire fonctionner le circuit, ajoutez ces éléments à votre canevas :

• Source de tension continue : Cela vous donne votre tension d’alimentation principale.
• Source de tension pulsée : Cela sert de signal de commande pour activer et désactiver le circuit.
• Référence électrique : Il s’agit de votre masse à potentiel nul (0 V). Comme tout moteur SPICE, une simulation physique ne peut pas calculer les formules nodales sans un point de référence de masse défini.

4. Le lien essentiel : Configuration du solveur

Si vous tentez d’exécuter une simulation électrique dans Simscape sans solveur, MATLAB s’arrête immédiatement et affiche une erreur. Vous devez placer le solveur. Configuration du solveur bloc sur votre schéma.

       [ DC Source ] ───┐
                        │
   [ Pulse Source ] ───[ Transistor Circuit ] ─── [ Electrical Reference (0V) ]
                               │
                    [ Solver Configuration ]

Pourquoi le bloc de configuration du solveur est-il obligatoire ?

Les diagrammes de flux de signaux standard calculent des formules mathématiques simples, étape par étape. Les circuits physiques sont différents ; ils reposent sur des équations simultanées où l’énergie est conservée. Configuration du solveur Le bloc `data` est le moteur mathématique. Il définit les options du solveur numérique, les limites d’erreur et les pas nécessaires pour traduire les chemins de votre circuit en équations que MATLAB peut résoudre.

5. Câblage, mesure et réglage de votre lunette

Une fois tous vos éléments placés sur la zone de travail, reliez-les en traçant des lignes entre leurs bornes électriques pour former une boucle physique fermée.

Mesure des valeurs du circuit

Pour visualiser les niveaux de courant et de tension de notre source de courant constant :

1. Placez un Portée bloc sur votre toile.
2. N’oubliez pas qu’un Scope ne peut pas se connecter directement aux points de connexion physiques de Simscape. Vous devez utiliser un Sonde Utilisez ce dispositif avec votre oscilloscope. La sonde mesure des valeurs physiques (comme le courant de branche ou la tension de nœud) et les convertit en signaux standard que l’oscilloscope peut lire.

Nettoyage de l’écran de votre lunette

Par défaut, l’affichage de l’oscilloscope peut paraître confus si vous vérifiez plusieurs signaux simultanément. Pour remédier à cela :

• Double-cliquez Le bloc Scope permet d’ouvrir la fenêtre de visualisation.
• Accédez à la barre de menu supérieure et sélectionnez : Affichage -> Mise en page (视图 ->布局).
• Ici, vous pouvez modifier la disposition de la grille pour afficher vos graphiques dans des fenêtres séparées plutôt que de les empiler les uns sur les autres.
• Vous pouvez également accéder aux paramètres pour modifier l’épaisseur des lignes, les couleurs et les styles d’arrière-plan afin de donner un aspect soigné à vos graphiques.

6. Simulink vs. SPICE (LTspice et PSpice) : une comparaison directe

Pour tester rapidement des circuits, la plupart des concepteurs de matériel utilisent PSpice ou LTspice. Voici comment Simulink se compare aux autres logiciels utilisés dans un contexte professionnel :

Caractéristique/Métrique	MATLAB Simulink (Simscape)	Épices traditionnelles (LTspice / PSpice)
Courbe d’apprentissage initiale	Niveau intermédiaire (Nécessite une compréhension des domaines physiques)	Bas (Schéma standard)
Vitesse de simulation	Rapide (surtout avec les modèles physiques standard)	Cela dépend de la complexité et des limites du modèle
Modélisation de paramètres personnalisés	Excellent (Modèle directement issu des valeurs de la fiche technique)	Mauvais (Nécessite des spécifications du fournisseur) .lib fichiers)
Intégration au niveau du système	Norme industrielle (Se connecte aux systèmes thermiques, moteurs et de contrôle)	Mauvais (principalement limité aux circuits électriques)
Matériel en boucle (HIL)	Soutenu (Peut fonctionner sur du matériel temps réel comme Speedgoat)	Non pris en charge (fonctionne uniquement sur ordinateur de bureau)

La véritable valeur : Modélisation de paramètres personnalisés et HIL

Simulink peut sembler un peu plus lent à configurer que LTspice ou PSpice au premier abord. Mais pour la conception complète de systèmes, il offre deux avantages majeurs :

• Pas de modèle SPICE ? Pas de problème. Avec les programmes SPICE, si un fabricant ne propose pas de .spi ou .lib Si vous utilisez un fichier de configuration pour un transistor, vous ne pouvez pas le simuler avec précision. Dans Simulink, vous pouvez configurer vous-même les composants physiques en saisissant directement les paramètres issus de la fiche technique du fabricant (comme la charge de grille, la résistance à l’état passant ou les limites thermiques).
• Tests HIL (Hardware-in-the-Loop) : Vous pouvez convertir vos schémas de circuits Simulink en code temps réel et les exécuter sur des simulateurs matériels. Cela vous permet de tester des cartes de contrôle physiques par rapport à un circuit simulé, ce qui représente un gain de temps considérable.

7. FAQ

Q1 : Pourquoi Simscape a-t-il besoin d’une « référence électrique » et d’une « configuration du solveur » alors que Simulink standard n’en a pas besoin ?

Répondre: Simscape utilise des équations physiques où l’énergie circule dans les deux sens, plutôt que de simples signaux mathématiques unidirectionnels.

Les blocs Simulink standard fonctionnent avec des opérations mathématiques d’entrée-sortie simples ($y = f(x)$). Simscape simule des connexions physiques réelles. Pour résoudre ces équations, l’ordinateur a besoin d’un point de référence initial à tension nulle (la masse/référence électrique) et d’un bloc de résolution dédié pour calculer les états physiques.

Q2 : Pourquoi le bloc standard « NPN Bipolar Transistor » est-il plus rapide que le bloc « SPICE NPN » ?

Répondre: Le modèle standard utilise des équations physiques simplifiées et idéales, tandis que la version SPICE exécute des formules non linéaires complexes.

Le transistor standard de Simscape omet certains détails physiques mineurs pour fournir des résultats rapides lors des tests système. Le bloc NPN SPICE, quant à lui, tente de reproduire fidèlement le comportement physique décrit dans les fichiers SPICE, en calculant de minuscules variations de capacité à chaque étape. Ces calculs supplémentaires ralentissent la simulation.

Conclure

L’utilisation de MATLAB Simulink pour la simulation matérielle permet d’appréhender le fonctionnement global du système au-delà des simples composants de circuits. Bien que la configuration des solveurs, des masses et des sondes nécessite quelques étapes supplémentaires par rapport aux outils SPICE traditionnels, la possibilité de construire des modèles à partir des spécifications techniques et d’exécuter des tests matériels en temps réel en fait une compétence extrêmement précieuse.

Avez-vous déjà rencontré des problèmes de lenteur lors de vos simulations avec des modèles SPICE dans Simulink ? N’hésitez pas à partager votre solution dans les commentaires ci-dessous !