(M2) Modelado y Simulación de Sistemas Físicos: Teoría y Aplicaciones en Medicina, Ecología y Dinámicas Mundiales
Curso MODIFICADO de su formato original
En su lugar, buena parte de los contenidos del curso serán adaptados y dictados por el
Dr. Ernesto Kofman (FCEIA-UNR/CIFASIS-CONICET), coautor de este libro con el Dr. Cellier.
- Se enseñarán las bases del modelado de sistemas físicos, utilizando el formalismo visual Bond Graphs y también el lenguaje de programación orientado a objetos Modelica para especificar sistemas físicos.
- Utilizando estos conceptos el Dr. Cellier iba a mostrar como ellos son aplicables tanto a sistemas físicos tradicionales como a sistemas no tradicionales tan disímiles como el sistema cardiovascular humano, sistemas ecológicos y dinámicas mundiales.
- El Dr. Kofman no tratará estos temas. Sin embargo, todo el conocimiento adquirido con las bases teórico/prácticas que se dictarán puede ser asociado por los alumnos a los tópicos que el Dr. Cellier no podrá desarrollar, por ejemplo, accediendo a sus transparencias en castellano aquí.
Por medio de docentes del DC se ofrecerá establecer un puente entre los alumnos y el Dr. Cellier para atender inquietudes y dudas durante un tiempo prudencial posterior a la ECI.2 - Modelos de Ecuaciones de Estado y Diagramas de Bloques.
3 - Simulación de Sistemas Continuos.
4 - Modelado con Bond Graphs.
5 - Introducción a Modelica.
6 - Simulación de Modelos Orientados a Objetos.
Algunas cuestiones administrativas:
- No se tomará examen y el seminario no otorgará puntos.
- Aquellos alumnos inscriptos y becados que eran exigidos a tomar un número mínimo de cursos y decidan NO realizar el curso M2, mantendrán igual su beca sin ninguna exigencia de reemplazo por otro curso (aunque se recomienda hacer esto último)
- Aquellos alumnos inscriptos que ya hayan realizado su pago y decidan NO realizar el curso M2, por favor comunicarse con nbagnera(a)dc.uba.ar para coordinar el reembolso de la matrícula abonada acorde a su categoría.
Curso en su formato original:
- Profesor: François E. Cellier (ETH Zürich, Zürich, Suiza)
- Horario: Lunes a viernes de 9 a 12 horas
- Aula: A definir (Pabellón 1)
- Idioma: Castellano
- Evaluación: Examen escrito el día sábado 30 de julio durante la mañana
Resumen breve: Los sistemas de la ingeniería con los cuales
interaccionamos diariamente son cada vez mas complejos. Para entender
como funcionan tales sistemas se necesitan conocimientos diferentes. El
modelado matemático de un sistema físico trata con la organización de
dichos conocimientos. A su vez, la simulación utiliza al modelo para
generar comportamientos compatibles con lo que se sabe del sistema. En
este curso se presentara una metodología sistemática para capturar la
dinámica de un sistema físico a través del modelado de sus flujos de
energía internos.
Para ello se usarán gráficos de ligadura y se
presentara el lenguaje de modelado Modelica, la herramienta mas avanzada
que existe para el modelado orientado a objetos de sistemas fisicos con
capacidad de convertir los modelos en código simulable. Se presentaran
aplicaciones a sistemas complejos disimiles y multidisciplinarios: un
modelo del sistema cardiovascular humano, un modelo de un sistema
ecológico cerrado y un modelo de dinámicas mundiales.
Programa tentativo: Día 1: Introducción a la teoría de modelado de sistemas físicos; ecuaciones diferenciales y algebraicas; conversión a ODEs, singularidades estructurales, algoritmos de rasgadura. Día 2: Introducción a gráficos de ligaduras y a la herramienta Modelica; modelado gráfico de sistemas físicos orientado a objetos; gráficos de ligaduras envasados en modelos de abstracción mas alta. Día 3: Introducción a los algoritmos de simulación de sistemas físicos; precisión y estabilidad numérica; errores; orden de aproximación; control del paso y del orden; discontinuidades; métodos explícitos e implícitos; sistemas rígidos y marginalmente estables; algoritmos DASSL y Radau IIA. Día cuatro: Aplicaciones: gráficos de ligaduras de flujos hidráulicos; un modelo orientado a objetos del sistema cardiovascular humano; gráficos de ligaduras termodinámicos; un modelo termodinámico de un sistema ecológico cerrado construido en el desierto de Sonora de Arizona. Día 5: Aplicaciones a sistemas débilmente definidos: la dinámica de poblaciones; modelado usando System Dynamics; modelos de dinámicas mundiales; modelado de la energía, la exergía y la emergía de sistemas grandes.
- Bibliografía recomendada:
• Cellier, F.E. (1991), Continuous System Modeling, Springer-Verlag, New York, 755 p.
• Cellier, F.E. (2008), World3 in Modelica: Creating System Dynamics Models in the Modelica Framework, Proc. 6th Intl. Modelica Conf., Bielefeld, Alemania, Vol.2, pp. 393-400.
• Cellier, F.E., C. Clauf y A. Urquia (2007), Electronic Circuit Modeling and Simulation in Modelica, presentaci6n plenaria, Proc. 6th Eurosim Congress, Ljubljana, Slovenia, Vo1.2, pp. 1-10.
• Cellier, F.E. y E. Kofman (2006), Continuous System Simulation, Springer-Verlag, New York, 643 p.
• Cellier, F.E. y A. Nebot (2005), Object-oriented Modeling in the Service of Medicine, presentación plenaria, Proc. 6th Asia Simulation Conf., Beijing, China, VoU, pp. 33-40.
• Cellier, F.E., A. Nebot y 1. Greifeneder (2006), « Bond Graph Modeling of Heat and Humidity Budgets of Biosphere 2, Environmental Modeling & Software, 21(11), pp. 1598-1606.
• Cellier, F.E. yD. Zinuner (2006), Wrapping Multi-bond Graphs: A Structural Approach to Modeling Complex Multi-body Dynamics, presentación plenaria, Proc. 20 European Conf. on Modeling and Simulation, Bonn, Alemania, pp. 7-13.
