UNVIRTUALLAB. UN LABORATORIO VIRTUAL BASADO EN OPENMODELICA

El libro presenta el diseño y desarrollo de UNVirtualLab, un ambiente Web para alojar laboratorios virtuales de simulación de fenómenos dinámicos. En él se explica qué es UNVirtualLab, para qué puede utilizarse, cómo está diseñado, cómo se utiliza y cuáles son los fundamentos que le subyacen.

El libro está conformado por tres partes y 14 capítulos; en la primera parte se explican los principios teóricos – matemáticos y de software - aplicados en la construcción de modelos orientados a objetos y su ulterior simulación en la suite OpenModelica; los capítulos que la componen se han redactado a manera de texto guía, y pueden ser utilizados en un módulo de algún curso de posgrado dedicado al modelado orientado a objetos.

La segunda parte presenta en detalle las características del laboratorio virtual UNVirtualLab y en la tercera parte se ilustra su potencial con un conjunto de casos de ejemplo.

INTRODUCCIÓN

I MODELADO y SIMULACIÓN CON OPENMoDELICA

1 MODELADO DE SISTEMAS DINÁMICOS

1.1 Sistemas, modelos, simulación

1.1.1 Construcción de modelos matemáticos

1.2 Técnicas de modelado matemático con fines de simulación

1.2.1 Técnicas analíticas específicas de cada dominio

1.2.2 Técnicas de espacio de estado

1.2.3 Técnicas variacionales

1.2.4 Diagramas de bloques y diagramas de flujo de señal

1.2.5 Grafos de enlaces de potencia

1.2.6 Modelado orientado a objetos

1.3 Comparación de las técnicas de modelado

1.4 El modelado para un laboratorio virtual

2 SIMULACIÓN NUMÉRICA DE ECUACIONES DIFERENCIALES ALGEBRAICAS

2.1 Análisis de DAEs

2.1.1 Condiciones iniciales

2.1.2 Índices

2.2 El proceso de simulación

2.3 Cálculo de condiciones iniciales

2.4 Algoritmos de tratamiento simbólico de DAEs

2.4.1 Ordenamiento y asignación de causalidad

2.4.2 El algoritmo de Tarjan

2.4.3 Algoritmos de rasgadura

2.4.4 Algoritmo de relajación

2.4.5 El algoritmo de Pantelides para la reducción del índice

2.5 Simulación de eventos discretos

2.6 Selección del método numérico

2.6.1 Algunas consideraciones sobre los métodos de simulación

3 EL LENGUAJE MODELICA

3.1 Características

3.1.1 Modelo de componentes y conectores

3.1.2 Orientación

3.1.3 Multidominio

3.1.4 Acausalidad

3.1.5 Modelo del tiempo

3.1.6 Interoperabilidad con lenguajes de programación

3.1.7 Documentación de los modelos

3.1.8 Reusabilidad

3.2 Algunos elementos del lenguaje

3.3 La Modelica Standard Library

4 LA SUITE OPENMoDELICA

4.1 Arquitectura

4.2 La consola OMShell

4.3 El proceso de compilación

4.4 El compilador omc

4.4.1 Estructura interna del compilador

4.4.2 Uso del compilador

4.5 Ejecución del modelo compilado

4.5.1 Archivo de entrada

4.5.2 Archivo de resultados

4.6 El editor de modelos y documentos OMNotebook

4.7 El editor gráfico OmEdit

4.8 El plugin para MDT Eclipse

4.9 Otros módulos y desarrollos

II UNVIRTUALLAB

5 LABORATORIOS VIRTUALES. ESTADO DEL ARTE

5.1 Características de los laboratorios virtuales

5.1.1 Orientación a la web

5.1.2 Naturaleza de los modelos

5.1.3 Dominio de los experimentos

5.1.4 Interactividad

5.1.5 Función del laboratorio

5.1.6 Disponibilidad de los modelos

5.1.7 Integración con LMS y compatibilidad SCORM

5.1.8 Licenciamiento y acceso

5.2 Clasificación y ejemplos

5.3 Laboratorios y aprendizaje de la ingeniería

5.3.1 Importancia de la experimentación

5.3.2 Importancia del modelado y de la simulación

5.3.3 La experimentación como estrategia de aprendizaje

5.4 Consideraciones en el diseño de laboratorios virtuales

6 UNVIRTUALLAB. ARQUITECTURA

6.1 Especificaciones

6.1.1 Características

6.1.2 Concepto de diseño

6.1.3 Especificaciones funcionales

6.1.4 Casos de uso

6.2 Modelo Entidad-Relación

6.3 Componentes

6.4 Interfaz

6.4.1 Estructura de páginas

6.5 Implementación en php

6.5.1 Clases enfocadas en el experimentador

6.5.2 Clases enfocadas en el administrador

6.6 Configuración de la interfaz

6.6.1 Internacionalización - Il8n

6.6.2 Apariencia

6.6.3 Estilo de las figuras

7 MANUALES

7.1 Manual del administrador

7.1.1 Instalación del servidor

7.1.2 Copias de seguridad

7.1.3 Exportación e importación de modelos

7.2 Manual del modelador

7.2.1 Objetivos del OVA

7.2.2 Especificaciones funcionales

7.2.3 Modelo

7.2.4 Archivos comprimidos

7.2.5 Plantas de experimentación

7.2.6 Animaciones

7.2.7 Experimentos sugeridos

7.2.8 Documentación

7.2.9 Ayudas para la documentación

7.3 Manual del experimentador

III PLANTAS EXPERIMENTALES, MODELOS Y EXPERIMENTOS

8 MOTOR ELÉCTRICO DE CORRIENTE CONTINUA E IMANES PERMANENTES

8.1 El modelo

8.1.1 Principios físicos

8.1.2 Forma constructiva y principio de operación

8.1.3 Modelo matemático

8.2 Plantas de experimentación y experimentos sugeridos

8.3 La implementación

8.3.1 Listado de archivos

9 CALENTAMIENTO DE CABLES AÉREOS

9.1 El modelo

9.1.1 Modelo térmico estático

9.1.2 Modelo térmico dinámico

9.1.3 Modelo mecánico

9.2 Plantas de experimentación y experimentos sugeridos

9.3 La implementación

9.3.1 Modelo térmico

9.3.2 Modelos mecánico y geométrico

9.3.3 Listado de archivos

10 EVOLUCIÓN DE ENFERMEDADES

10.1 El modelo

10.1.1 Modelo SIR

10.1.2 Modelo SIR con nacimientos y muertes

10.1.3 Modelo SIS

10.1.4 Modelo SIR-SI

10.1.5 Modelo SIR-SI con dos serotipos

10.1.6 Modelo del dengue

10.2 Plantas de experimentación y experimentos sugeridos

10.3 La implementación

10.3.1 Ejemplo: implementación del modelo SIR

10.3.2 Listado de archivos

11 TRÁNSITO DE ESTUDIANTES A TRAVÉS DE UN PLAN DE ESTUDIOS

11.1 El modelo

11.1.1 Modelo reducido

11.1.2 Análisis del modelo reducido

11.1.3 Evolución del número de estudiantes

11.1.4 Número esperado de estudiantes

11.1.5 Efecto de los parámetros sobre el número esperado de estudiantes

11.1.6 Tiempos de graduación

11.1.7 Efecto de los parámetros sobre los tiempos de graduación

11.2 Plantas de experimentación y experimentos sugeridos

11.3 La implementación

11.3.1 Listado de archivos

12 CENTRAL DE GENERACIÓN HIDROELÉCTRICA

12.1 El modelo

12.1.1 Estructura de una central hidroeléctrica y transformaciones de energía

12.1.2 El embalse

12.1.3 El dueto

12.1.4 La turbina

12.1.5 El generador

12.1.6 Los lazos de control

12.1.7 La carga eléctrica

12.2 Plantas de experimentación y experimentos sugeridos

12.3 La implementación

12.3.1 Listado de archivos

13 DINÁMICA DE SISTEMAS. MODELO DEL MUNDO

13.1 El modelo

13.1.1 Dinámica de sistemas

13.1.2 Modelo del mundo

13.2 Plantas de experimentación y experimentos sugeridos

13.3 La implementación

13.3.1 Listado de archivos

14 IDENTIFICACIÓN ALGEBRAICA. MASA DESLIZANTE CON FRICCIÓN

14.1 El modelo

14.1.1 Primera integración

14.1.2 Segunda integración

14.1.3 Realizaciones

14.2 Plantas de experimentación y experimentos sugeridos

14.3 La implementación

14.3.1 Listado de archivos

A LICENCIAMIENTO

A.1 Traducción no oficial

B ESTRUCTURA DE TABLAS EN LA BASE DE DATOS

C VALORES DE LAS PROPIEDADES DE LAS CLASES DE ADMINISTRACIÓN

D PARÁMETROS DEL TEMA unvlbasic

E VERSIÓN 1.0

BIBLIOGRAFÍA