Automatizando el Modelado y Simulación con Bond Graphs de Sistemas Físicos Conmutados

Abstract

Este trabajo aborda el problema del modelado de sistemas físicos conmutados utilizando el formalismo Bond Graph (BG) e introduce componentes de librería para el software de simulación 20sim®.
Las representaciones clásicas (BG continuos) de los modos continuos de un sistema conmutado son complementadas con los vínculos de potencia conmutados conocidos por sus siglas en ingles SPJ (Switch Power Junction), obteniéndose así una representación global y única del sistema conmutado llamado Bond Graph Conmutado (Switched Bond Graph SwBG).
El formalismo de los SPJ permite tratar con algunos problemas asociados con el modelado tales como causalidad variable de elementos conmutados, manejo de la estructura de interconexión, fallas al desconectar subsistemas, y otras inconsistencias. Otra característica significativa es que los SPJs permiten una completa representación gráfica de un sistema híbrido, vía el acoplamiento bidireccional del SwBG con cualquier gráfico de información usado para modelar explícitamente los subsistemas que determinan sus conmutaciones. Estas ventajas motivan a escoger, de entre las diferentes ideas y técnicas propuestas para el manejo de conmutaciones, a los SPJs como formalismo para el modelado y simulación (M&S) de sistemas conmutados.
Existen dos tipos de SPJ, los 0s y los 1s, estos vínculos son la generalización de los vínculos 1 y 0 estándar del formalismo BG y admiten una mayor cantidad de situaciones causales. Se proveen una nueva implementación de los SPJs para modelos 20sim®, que pueden ser agregados a la librería 20sim® original de componentes BG y usarlos como cualquier otro componente estándar, sin necesidad de programación adicional.
Además algunos problemas típicos que surgen al trabajar con sistemas conmutados son tratados y se proponen soluciones. La más importante es la re-inicialización de integradores cuando los modos del sistema originan discontinuidades o saltos en las variables de estado.
Los métodos y herramientas desarrolladas son aplicadas en el M&S de un motor serie de corriente continua equipado con un circuito de conmutación que posibilita el debilitamiento del campo de excitación, práctica usual en aplicaciones de ingeniería.