Gráficos de Ligaduras II

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Transcript Gráficos de Ligaduras II

Modelado Matemático de Sistemas Físicos

Gráficos de Ligaduras II

• En esa presentación trataremos con las manifestaciones de la presencia de bucles algebraicos y singularidades estructurales en los gráficos de ligaduras representando sistemas físicos.

• También hablaremos de la descripción de sistemas mecánicos en el plano usando gráficos de ligaduras.

Febrero 6, 2008

© Prof. Dr. François E. Cellier

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Modelado Matemático de Sistemas Físicos

Contenido

Bucles algebraicos

Singularidades estructurales

Gráficos de ligaduras de sistemas mecánicos en el plano

La selección de variables de estado

Un ejemplo

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Modelado Matemático de Sistemas Físicos

Bucles Algebraicos

U0 .e

= f(t) U0 .f

= L1 .f + R1 .f

dL1 .f /dt = U0 .e

/ L1 R3 .f

= R1 .f – R2 .f

R2 .e

= R3 · R3 .f

R2 .f

= R2 .e

/ R2 R1 .f

= R1 .e

/ R1 R1 .e

= U0 .e – R2 .e

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U0.e

R1.f

Selección

© Prof. Dr. François E. Cellier R2.e

R1.f

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Singularidades Estructurales

Conflicto de causalidad

Singularidad estructural

U0.e

R1.f

L1.e

R1.f

U0 .e

= f(t) U0 .f

= C1 .f + R1 .f

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Gráficos de Ligaduras de Sistemas Mecánicos en el Plano I

• Las dos variables adjuntas del sistema mecánico de traslado son la

fuerza

águilas?

f

y la

velocidad

Evidentemente la

v

.

• Os acordáis de la pregunta clásica que los maestros presentan a sus alumnos en la escuela primaria:

posición

y la

Si un águila vuele a una altura de 100 m, cuál es la altura de dos

velocidad

son

variables intensivas

y por consecuencia tuvieron que tratarse como

potenciales

.

• Sin embargo, si un águila puede transportar un carnero, dos águilas pueden transportar dos carneros. Se ve que la

fuerza

es una

variable extensiva

tratarse como un

flujo

.

y por consecuencia tuviera que Febrero 6, 2008

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Gráficos de Ligaduras de Sistemas Mecánicos en el Plano II

• Desafortunadamente la comunidad de los “bondgrafistas” decidió sobre la definición inversa. La “

velocidad”

da la impresión de un

movimiento

y entonces de un

flujo

.

• Enseñaremos que es siempre posible matemáticamente trabajar con cualquiera de las dos definiciones alternativas

(principio de la dualidad)

• Entonces: .

fuerza f = esfuerzo

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f v P = f · v velocidad v = flujo

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f B v 1

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Elementos Mecánicos Pasivos en la Notación de los Gráficos de Ligaduras

x f I m f I = m · dv /dt

I : m

v f I B v 2 f B f B = B ·

D

v f B

D

v

R : B

f k x 1 k x 2 f k

Febrero 6, 2008 D

x = f k

/ k

D

v = (1 / k) · df k /dt

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f k

D

v

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C : 1/k

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Selección de las Variables de Estado

• La • La

representación clásica de sistemas mecánicos

usa los (posición y velocidad) como variables de estado.

representación de sistemas mecánicos con múltiples movimientos absolutos de las masas cuerpos en Dymola

usa los

movimientos

• La selecciona las

relativos de las articulaciones

(posición y velocidad) como variables de estado.

representación usando gráficos de ligaduras velocidades absolutas de las masas

y las

fuerzas en los muelles

como dos tipos de variables de estado.

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Un Ejemplo I

Las fuerzas de corte se modelan colocando muelles y elementos de rozamiento a una unión del tipo 0 localizada entre uniones del tipo 1 .

dos El principio de d’Alembert se expresa en la representación de los gráficos de ligaduras como un agrupamiento de todas las fuerzas ataquando un cuerpo alrededor de una unión del tipo 1 .

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Un Ejemplo II

v 31 F Bb v 1 F Bb v 3 F Bb F I3 v 3 F v 3 F Ba v 3 v 2 F Ba F Ba v 32 La regla de los signos se observa en este caso automáticamente. El usuario se equivoca raramente.

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v 1 F k1 v 1 F I1 v 1 F Bd v 1 F B2 v 21 F B2 v 2 F B2 F k2 v 2 v 2 F Bc v 2 F I2

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• •

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Referencias

Borutzky, W. and F.E. Cellier (1996), “ Tearing Algebraic Loops in Bond Graphs ,”

Trans. of SCS

,

13

(2), pp. 102 115.

Borutzky, W. and F.E. Cellier (1996), “ Tearing in Bond Graphs With Dependent Storage Elements ,”

Proc.

Symposium on Modelling, Analysis, and Simulation

, CESA'96, IMACS MultiConference on Computational Engineering in Systems Applications, Lille, France, vol.

2, pp. 1113-1119.

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