Logiciel de génie électrique - Logiciel de mathématiques pour les ingénieurs électriciens - Maplesoft
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Logiciel de mathématiques pour les ingénieurs électriciens

De l'analyse des circuits et de l'adaptation du stub à la modélisation des lignes de transmission et aux mathématiques des semi-conducteurs, Maple offre un environnement robuste et vérifiable pour les types d'analyses effectuées par les ingénieurs en électricité.
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Six Applications of Math Software for Electrical Engineers

Electrical engineers are a unique breed. Their work is mathematically demanding, and they constantly face challenging technical problems. Maplesoft understands these challenges, and they built features into Maple that address them such as an easy-to-use mathematical engine, support for units, impactful visualizations, and rich documentation. Given these powerful features (and more), it’s no surprise that many electrical engineers use Maple. In this video, 6 specific applications are examined as examples of the kinds of tasks that electrical engineers perform within Maple. These examples include: (1) circuit analysis using transfer functions; (2) equivalent circuit models for MOSFETs; (3) worst case circuit analysis; (4) stub matching on a transmission line; (5) antenna design, and; (6) digital signal processing. For more information, visit us at: http://www.maplesoft.com/products/maple/?ref=youtube

Maple possède un ensemble de fonctionnalités qui convient parfaitement aux ingénieurs électriciens.

De l'analyse des circuits et de l'adaptation du stub à la modélisation des lignes de transmission et aux mathématiques des semi-conducteurs, Maple offre un environnement robuste et vérifiable pour les types d'analyses effectuées par les ingénieurs en électricité.

Saisir l'intention de conception


Un document Maple combine des mathématiques en, du texte, des images et des graphiques dans un seul document. En effet, Maple capture les hypothèses et le processus de réflexion inhérents à une analyse, ainsi que les calculs.

En savoir plus : L'environnement de documentation technique de Maple

Mathématiques symboliques et numériques de haut niveau


Maple offre des outils pratiques de haut niveau pour les mathématiques numériques et symboliquess, l'analyse de données et la programmation. Ces outils sont conçus pour les problèmes d'ingénierie simples et complexes.

  • Résoudre numériquement les équations pour l'adaptation du stub
  • Manipuler symboliquement les fonctions de transfert qui découlent de l'analyse des circuits.

Les moteurs mathématiques symboliques et numériques sont connectés; les paramètres, les équations et les calculs peuvent circuler de manière fluide entre les deux. Cela signifie que vous pouvez dériver et évaluer numériquement vos équations en un seul document cohérent.

De plus, le langage de programmation de Maple bénéficie d'un environnement de interactif et peut utiliser tous les outils mathématiques de haut niveau de Maple.

  • Le code est plus rapide à développer, à déboguer et à vérifier.
  • Peut utiliser les fonctions mathématiques de haut niveau de Maple, et
  • est plus facile à lire

Réduire le risque de calcul avec les unités


Presque toutes les quantités rencontrées par un ingénieur en électricité - qu'il s'agisse d'une résistance, d'une tension ou d'une longueur - ont une unité. Les unités sont intégrées de manière fluide dans Maple, et peuvent être utilisées pour des calculs simples ainsi que pour la résolution d'équations numériques, l'optimisation et la visualisation.

volt := 5.2V :
curr := 3.2A :
puissance := volt actuel= 16.64 W

L'utilisation des unités dans les calculs élimine le risque d'introduire des erreurs de conversion d'unités et permet également de vérifier la validité physique des équations.

Lire le livre blanc

Logiciel de gestion des calculs pour les ingénieurs électriciens

Laissez-nous vous montrer comment Maple peut être utilisé pour résoudre vos problèmes d'ingénierie électrique.

Applications et histoires d'utilisateurs en génie électrique

Exemple d'application

Analyse des circuits à l'aide des fonctions de transfert et des transformées de Laplace

Vous pouvez utiliser Maple pour dériver et manipuler les fonctions de transfert des circuits électriques en utilisant les lois du courant et de la tension de Kirchoff. Les fonctions de transfert peuvent être converties en équations différentielles ou discrétisées, et vous pouvez facilement générer des graphiques de phase et de magnitude.

Les fonctions de transfert peuvent contenir des coefficients symboliques ; ces paramètres peuvent être optimisés pour correspondre à une réponse spécifique.

Maple contient de nombreuses fonctionnalités pour vous aider à manipuler symboliquement les fonctions de transfert. Elles comprennent :

  • solve - réarranger les fonctions de transfert et les équations nodales
  • simplify - simplifier les fonctions de transfert des circuits sous la forme la plus concise possible.
  • indets - identifier les paramètres inconnus dans un ensemble d'équations
  • eval - substitue des valeurs numériques dans une équation symbolique
  • Module complémentaire gratuit SYRUP pour Maple - conversion de descriptions de circuits sous forme de listes de réseaux en fonctions de transfert
  • DynamicSystems - Générer des graphiques de phase et de magnitude

Un package gratuit pour Maple vous permet de convertir les netlists SPICE en fonctions de transfert. Ce transfert peut être analysé dans l'environnement mathématique symbolique et numérique de Maple. Par exemple, vous pouvez effectuer une analyse AC et DC, générer des tracés de phase et d'amplitude, réarranger la fonction de transfert pour des paramètres spécifiques ou la convertir en une équation différentielle, etc.

Lire une étude de cas d'utilisateur : Syrup spices up Electric Circuits

Téléchargez l'application Maple : Gain d'un amplificateur idéal et non idéal

Exemple d'application

Modélisation mathématique des dispositifs à semi-conducteurs

Les semi-conducteurs sont des dispositifs complexes, mais Maple vous aide à dériver les modèles mathématiques permettant de décrire avec précision leurs caractéristiques.

Les MOSFET sont un des composants essentiels de l'électronique moderne, comme les smartphones et autres appareils portables. Les MOSFET à faible puissance sont essentiels pour la commutation dans les systèmes d'alimentation électrique.

Avec Maple, vous pouvez transformer les modèles de circuits équivalents de MOSFETS en équations analytiques en écrivant et en manipulant les relations de base.

Ces applications vous aideront, par exemple, à modéliser l'effet de l'inductance de source et de la conduction croisée dans les MOSFET de puissance modernes.

Dériver des équations de la tension de grille d'un MOSFET

Téléchargez l'application Maple : L'effet de l'inductance de la source sur les temps de montée et de descente du MOSFET

Téléchargez l'application Maple : Conduction croisée dans les MOSFET de puissance modernes

Exemple d'application

Analyse du circuit dans le pire des cas

Les composants électriques sont fabriqués en grandes quantités. Les incohérences dans les matériaux et le processus de fabrication font que les paramètres des composants ont une distribution statistique. Ainsi, la résistance d'un lot de résistances peut être décrite par une distribution normale.

Compte tenu du nombre de composants d'un circuit et de la répartition de leurs paramètres, le circuit peut ne pas fonctionner comme spécifié. Il s'agit d'un risque qui doit être identifié, géré et atténué dès le début du processus de conception.

Les ingénieurs en électricité utilisent souvent Maple pour l'analyse des circuits dans le pire des cas. Vous pouvez employer :

  • l'analyse de Monte Carlo, dans laquelle les paramètres sont sélectionnés de manière aléatoire à partir d'une distribution et le circuit est simulé de 1000 à 100 000 fois.
    • Cela utilise les outils de Maple pour
      • échantillonnage des distributions de probabilité
      • Calculs par éléments pour une évaluation numérique rapide
      • génération d'histogrammes et analyse statistique
  • ou évaluer les équations du circuit à la valeur extrême de tous les composants du circuit
    • Cela utilise les outils de Maple pour
      • générer des permutations de paramètres
      • calculs par éléments

Une fois préparé, vous pouvez générer automatiquement un tableau de résultats et le remplir avec les résultats de votre analyse, y compris la coloration conditionnelle pour les paramètres hors spécifications.

Télécharger l'application Maple : Analyse des circuits dans le pire des cas avec simulation de Monte Carlo


Télécharger l'application Maple : Analyse des valeurs extrêmes d'un circuit électrique

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Exemple d'application

L'adaptation des tronçons sur une ligne de transmission

Les ingénieurs en radiofréquences et micro-ondes doivent souvent adapter une charge à l'impédance d'une ligne de transmission. C'est ce qu'on appelle l'adaptation par stub, et cela implique la résolution numérique d'un ensemble d'équations non linéaires.

Cela nécessite des solveurs numériques puissants, que l'on trouve dans fsolve. Cela remplace les approches traditionnelles utilisant les diagrammes de Smith.

Les paramètres de ces problèmes ont généralement des dimensions (par exemple, les résistances sont en ohms et les distances en mètres, etc.)  Maple peut transporter les unités depuis la définition des paramètres jusqu'à la solution numérique finale des équations.

Téléchargez l'application Maple : Adaptation d'une ligne de transmission à un seul tronçon


Exemple d'application

Conception d'antennes et de radars

Les concepteurs d'antennes et de radars utilisent Maple pour créer des documents de conception exécutables qui capturent les aspects spatiaux, temporels et spectraux de leurs conceptions. Ces documents peuvent contenir à la fois les équations, la programmation et les visualisations nécessaires à la conception.

Les documents de conception peuvent être déployés sur le web ou sur le bureau.

Téléchargez l'application Maple : Conception d'un cor pyramidal


Exemple d'application

Traitement numérique du signal

Maple offre de nombreux outils pour analyser et manipuler les signaux et les images

  • Utilisez les FFT, les ondelettes, les analyses Lomb-Scargle pour les données échantillonnées de manière irrégulière, etc.
  • Les signaux peuvent être suréchantillonnés ou sous-échantillonnés, et les données manquantes comblées par interpolation.
  • Générer des périodogrammes, des spectrogrammes, des tracés de phase et de magnitude, etc.
  • Importez et exportez de nombreux types de données, notamment Excel, du texte, du son et des images.
  • Les mathématiques symboliques vous aident à comprendre des concepts tels que la convolution.
  • Les solveurs numériques sensibles aux unités vous aident à résoudre les problèmes itératifs, tels que ceux qui se présentent dans la conception d'antennes.
  • De nombreux exemples et applications à explorer
  • Réalisez et documentez vos analyses dans une seule interface, et déployez-les sur le bureau et sur le web.

Conception d'un filtre FIR et génération d'un spectrogramme et d'un périodogramme

Voir une liste d'applications du traitement numérique du signal


En savoir plus sur le traitement du signal dans Maple



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