La Biblioteca de los Grficos de Ligaduras de Dymola

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La Biblioteca de los Gráficos de Ligaduras de
Dymola

• En esta presentación se introduce la biblioteca
  BondLib de Dymola. Gráficos de ligaduras pueden
  implementarse como modelos orientado a objetos.
• Los principios del diseño se explican.
  Propiedades adicionales de la metodología de
  modelado realizada en Dymola se revelan.
• Se introduce el concepto del envase de modelos
  eléctricos realizado en la biblioteca BondLib.
• Un ejemplo de la simulación de un circuito
  electrónico completa la presentación.

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Contenido

• Variables de potencial y de flujo
• Ligaduras de giro
• El modelado gráfico con gráficos de ligaduras
• Los conectadores de BondLib
• Ligaduras causales y no causales
• Uniones
• Modelos de los elementos
• El envase de modelos
• La biblioteca eléctrica de BondLib
• El modelo envasado del resistor
• El transistor bipolar
• Circuito de un inversor

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Variables de Potencial y de Flujo

• Dymola ofrece dos tipos de variables, los
  potenciales y los flujos.
• En un nodo de Dymola, variables representando un
  potencial se ponen iguales en todas las
  conexiones alrededor del nodo, mientras que
  variables representando un flujo se suman a cero.
• Por consecuencia, si interpretamos los
  potenciales de Dymola con esfuerzos de la
  metodología de los gráficos de ligaduras y los
  flujos con flujos, los nodos de Dymola
  corresponden exactamente a las uniones 0 de
  nuestra metodología.

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Ligaduras de Giro

• En mi libro del modelado de sistemas continuos,
  exploté esa semejanza implementando las ligaduras
  como alambres torcidos.
• Reclamando además que
• los dos tipos de uniones pueden implementarse
  como nodos de Dymola.

Las uniones 0 y 1 tienen que alternar. No es
permitido conectar dos uniones del mismo sexo con
una ligadura. Todos los elementos tienen que
pegarse a uniones 0, jamás a uniones 1.
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Ligaduras de Giro II
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El Modelado Gráfico Usando Gráficos de Ligaduras I

• Para el modelado gráfico usando gráficos de
  ligaduras, estas reglas adicionales molestan
  demasiado.
• Por ejemplo, sistemas térmicos frecuentemente
  exhiben uniones 0 con muchas ligaduras pegadas a
  ellas. Debe ser posible dividir estas uniones en
  una serie de uniones 0 puestas una al lado de
  otra conectadas por ligaduras, de tal manera que
  el número de ligaduras pegadas a cada una de esas
  uniones 0 queda suficientemente pequeño.

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El Modelado Gráfico Usando Gráficos de Ligaduras
II

• Por esa razón, la biblioteca BondLib de Dymola
  define los esfuerzos y los flujos como variables
  de potencial.
• Por consecuencia deben programarse, las uniones
  explícitamente. No es posible más interpretarlos
  como nodos de Dymola.

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Los Conectadores de BondLib I
Ventanilla de ecuaciones
Ventanilla de iconos

• La variable direccional, d, es una tercera
  variable de potencial incluida en el conectador
  de BondLib que está representado por un punto
  gris.

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El Modelo de la Ligadura no Causal

• El modelo de la ligadura puede construirse ahora
  rastreando dos de los conectadores a la
  ventanilla de diagramas. Se llaman BondCon1 y
  BondCon2.

Se pone el texto name in la ventanilla de los
iconos para que el nombre del modelo se desplegue
durante la invocación.
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Los Conectadores de BondLib II

• Variables de Dymola normalmente no son causales.
  Sin embargo es posible hacerlas causales
  declarándolas explícitamente en forma causal.
• Se definieron dos conectadores de BondLib
  adicionales. El conectador e trata el esfuerzo
  como entrada y el flujo como salida.
• El conectador f trata el flujo como entrada y el
  esfuerzo como salida.

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El Bloque de la Ligadura Causal

• Usando esos conectadores, bloques causales de
  ligaduras pueden definirse.
• El conectador f se usa en el lado de la barra de
  causalidad.
• El conectador e se usa en el otro lado.
• Los conectadores causales se usan solamente en el
  contexto de los bloques de ligaduras. En todas
  las demás situaciones se usan los conectadores
  normales.

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Las Uniones I

• Ahora podemos programar las uniones. Miramos por
  ejemplo la unión 0 con tres ligaduras.

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Las Uniones II
El modelo parcial ThreePortZero rastrea tres
conectadores de ligaduras a la ventanilla de
diagramas y empaqueta las variables individuales
de las ligaduras en dos vectores.
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Los Modelos de los Elementos

• Miramos ahora los modelos de los elementos de
  nuestra metodología. La capacidad sirva como
  ejemplo.

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El Envase de Modelos

• Aunque es posible modelar sistemas físicos
  directamente usando gráficos de ligaduras, eso no
  siempre es cómodo.
• La interfaz de los gráficos de ligaduras es la
  interfaz gráfica más primitiva que es aún
  totalmente orientada a objetos.
• Esa interfaz es importante porque hace que la
  distancia semántica entre el nivel gráfico más
  bajo y el nivel de las ecuaciones se quede tan
  pequeña que sea posible.
• Es fácil construir capas gráficas más altas por
  encima de la capa de los gráficos de ligaduras.

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La Biblioteca Eléctrica de BondLib

• Es posible envasar cualquier otro paradigma
  gráfico orientado a objetos alrededor de la
  metodología de los gráficos de ligaduras.
• Eso se hizo con la biblioteca eléctrica análoga
  contenida en la biblioteca estándar de Modelica.
• Se produjo una nueva biblioteca eléctrica análoga
  basada en gráficos de ligaduras.
• En esa nueva biblioteca, los modelos gráficos
  eléctricos se envasaron alrededor de una capa más
  primitiva de gráficos de ligaduras.

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El Modelo Envasado del Resistor
El modelo del resistor estilo Spice tiene una
puerta térmica por la cual sale el calor generado
por el resistor.
Ventanilla de iconos
Los modelos de envase convierten los conectadores
entre los tres campos eléctrico, térmico y de
ligaduras.
Ventanilla de diagramas
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El Modelo Envasado del Resistor II
Equation window
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El Modelo Envasado del Resistor III
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El Modelo Envasado del Resistor IV
Ventanilla de parámetros
Ventanilla de diagramas
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El Modelo Envasado del Resistor V
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El Transistor Bipolar
Ventanilla de iconos
Ventanilla de diagramas
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El Transistor Bipolar II
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El Transistor Bipolar III
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El Transistor Bipolar IV
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El Transistor Bipolar V
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El Transistor Bipolar VI
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El Circuito de un Inversor
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El Circuito de un Inversor II
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Resultados de la Simulación
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Referencias

• Cellier, F.E. and R.T. McBride (2003),
  Object-oriented modeling of complex physical
  systems using the Dymola bond-graph library,
  Proc. ICBGM03, Intl. Conf. Bond Graph Modeling
  and Simulation, Orlando, FL, pp. 157-162.
• Cellier, F.E. and A. Nebot (2005), The Modelica
  Bond Graph Library, Proc. 4th Intl. Modelica
  Conference, Hamburg, Germany, Vol.1, pp. 57-65.
• Cellier, F.E., C. Clauß, and A. Urquía (2007),
  Electronic Circuit Modeling and Simulation in
  Modelica, Proc. 6th Eurosim Congress, Ljubljana,
  Slovenia, Vol.2, pp. 1-10.
• Cellier, F.E. (2007), The Dymola Bond-Graph
  Library, Version 2.3.