Preparativos para la tecnología de "Diseño por Modelación"

[Hellmut1956]

Hola amigos, como he narrado en otras partes del foro estoy siguiendo los pasos necesarios para usar la metodología del diseño por modelación para diseñar mi sistema de control de escotas. Como, por ser económicamente posible gracias a licencias ofrecidas para uso no comercial de los programas "Mathematica" y SystemModeler" de la empresa Wolfram, estoy preparando un entorno para estudiar, aprender y experimentar con esas herramientas. Como he contado en otras partes la empresa Wolfram, recién con su última versión del SystemModeler 4.0.1 esta empezando a establecer la infraestructura dando la pauta por donde piensa ir para implementar la interacción entre los 2 paquetes de software y hardware externa. vamos a ver como logramos explicar el asunto de forma sencilla.

"Mathematica" es un programa establecido en la comunidad universitaria y de investigación como una de las herramientas mas potentes para las matemáticas. Existen, de relevancia para esto, 2 tipos de matemáticas.

El uno se llama matemáticas numéricas y simplificando no es otra cosa que lo que conocemos de las calculadoras electrónicas, donde es posible dejar la calculadora crear por ejemplo un gráfico de una curva senoidal en el que su pantallita muestra los puntos de esa curva calculadas a lo largo del eje horizontal.



Por decirlo en otras palabras. Números se someten a un cómputo dado por cierta función dando como resultado números.

El otro se llama matemáticas simbólicas. aquí se manipulan ecuaciones donde no son números explícitos, sino variables como "x" e "y".

De allí el gráfico arriba en matemática simbólica sería:

"Y = sin(x)"

La cosa se volvería numérica si ponemos en vez de la "x" un "0" y como vemos en el gráfico arriba la curva corta el eje horizontal, lo que significa que

" y = 0 "

"x" e "y" también se llaman "variables! Ahora la intención de lo que quiero aprender, estudiar y experimentar es que pueda relacionar a tales variables información que extraigo de la hardware externa. Así cerramos el círculo con lo que todos que han programado un microcontrolador conocen. El valor de un "registro" se relaciona con una variable en el entorno de los 2 programas de Wolfram mencionados. Así, aplicando las matemáticas simbólicas creo un modelo de una parte del sistema. esta parte de un sistema se llama "objeto". Allí entra "SystemModeler". SystemModeler con el apoyo de todas las capacidades matemáticas avanzadas del program "Mathematica" puede crear funciones que describen el comportamiento de algún objeto en el SystemModeler.



Aquí vemos de forma gráfica el circuito con un Motor de escobillas. A la izquierda la fuente de alimentación, al centro abajo tierra o el polo negativo. Arriba en la horizontal vemos una resistencia y una bobina, también llamado inductor que permite modelar la parte eléctrica de un motor DC. Usando los valores apropiados para la resistencia y el inductor logramos creear un modelo donde el número de revoluciones de tal motor DC y el torque equivalen al motor físico. Pero estos sistemas de modelación permiten combinar en un objeto circuitos electrónicos y sistemas físicos. Aquí en el centro a la derecha vemos un modelo de la ta llamada "Fuerza Electromotriz" que genera un torque y así una cierta velocidad de giro. Al final a la derecha vemos un bloque que modela la inercia de las componentes físicas del motor que impactan el comportamiento mecánico del motor. Así por ejemplo si a tal modelo se le agrega una carga que resulte de algún "trabajo que el motor hace", un torque de dirección opuesta al torque generado en el motor logramos incluir el comportamiento del motor bajo carga. Lo muy especial que tienen estos objetos y que adquieren tal capacidad por ejemplo gracias a las capacidades del lenguaje de modelación "Modelica" son varios. Uno son esos puntos "azules" llamados conectores. esos tienen la capacidad de que se conecten bloques correspondientes a los mas diversos dominios tecnológicos. Aquí vemos que combinan por ejemplo elementos electrónicos entre si, tal cual lo conocemos de cualquier esquema electrónico. Pero esos mismos elementos llamados conectores también permiten unir de la misma forma elementos del dominio de las electrónicas con elementos rotativos físicos. Tambien sería posible aplicar otro conector para expresar el aspecto térmico de un motor DC y así poder simular el calentamiento del motor, etcétera, etcétera.
Pero el otro aspecto fantástico es la capacidad de crear objetos llamadas acausales como contrapunto a elementos causales. Para indicar que significa esto imaginémonos que del circuito arriba quitamos la bfuente de alimentación electrica y que pusieramos en vez de ello solo los 2 polos del circuito sin batería. Ahora en la simulación usando prácticamente el mismo modelo pero sin batería, aplicamos un torque que haga que el rotor del motor DC gire mecánicamente. Que es nuestro motor DC entonces? Un generador claro y por lo tanto veríamos que el circuito casi idéntico ahora es un circuito generador.
La capacidad de objetos en este modelo de poder ser definidos como modelos acausales significa que el flujo de dependencias que en el circuito arriba evidentemente es de la izquierda hacia la derecha, del aplicar una tensión y alimentar el circuito con cierto flujo de corriente lleva a crear un movimiento giratorio del motor DC y de crear un torque mecánico. Pero si aplicamos un torque que hace que el rotor del motor gire, entonces el flujo de eventos cambia de la izquierda hacia la derecha del circuito a desde el torque aplicado al rotor a la derecha a aplicar una tensión y crear un flujo de corriente que por ejemplo permitiría modelando la batería modelar como esa bateria sería cargada!

Pues bien, hasta muy recientemente cuando hablaba con el soporte técnico de Wolfram esa gente no entendía de que demonios hablaba. Ahora y gracias a la información reflejada en el sitio de internet de Wolfram finalmente puedo pasar el mensaje al apoyo técnico.

Bien, la información disponible indica que Wolfram a hecho disponible 2 cosas que son de vital importancia para mi, que requieren de gastos mínimos para poder estudiarlos, aprenderlos y experimentar. vayamos paso por paso!

1. Wolfram ha hecho disponible de forma gratuita "Mathematica" y algo que se llama "Wolfram Language" en la placa Raspberry Pi con cierto tipo de Linux. Linux es un sistema operacional gratuito, pero que también existe con funcionalidad adicional y apoyo técnico en productos comerciales. Cada tal "Tipo de Linux" se llama "distribución" y para la placa RaspBerry Pi existe una distribución llamada "Raspberian" que permite hacer disponible "Mathematica y Wolfram Language" en el raspBerry Pi. Yo me he comprado la placa RaspBerry Pi B+ como Bundle para tener disponible la placa mas potente y periferias adicionales como por ejemplo el WIFI.

Así lo que empezaré haciendo apenas llegue mi placa es aprender Linux. Gracias a Dios existen cantidades de tutoriales también para la distribución Raspian por ejemplo en YouTube! Una vez que tenga cierto nivel de aprendizaje empezaré a estudiar el software de Wolfram disponible allí para hacer por ejemplo el famoso y por algún ignorante en el foro descalificado, el "Hola Mundo" de sistemas embebidos, el blinquear de la LED, pero cambiando valores de variables en Mathematica. Así, usando una variable lógica puedo variar entre "verdadero" y falso" y así encender o apagar el LED y así lograr el primer paso en relacionar una variable simbólica en el programa "Mathematica" al estado de una componente electrónica física externa!



Recuerdan este diagrama de mi sistema de control de escotas? Pues bien, para mis primeros experimentos en el ordenador tendré una licencia de Mathematica andando que se comunicará, por ejemplo por WIFI con la placa RaspBerry Pi B+. El receptor en este diagrama será el ordenador que se comunica por WIFi con la placa raspBerry Pi B+ que en esta temprana fase cumplirá la función de central. Así me será posible, si Dios quiere, mi capacidad mental y de salud no lo impide, crear un moelo donde en el Programa "Mathematica" se generan los impulsos del receptor y se controla la versión de "Mathematica" que estimo comparativamente muy limitada en sus capacidades andando en el RaspBerry Pi B+. Esta placa en ese entorno debe comunicarse con la placa LPCXpresso1769 y así modelar y simular y verificar contra los datos extraídos de las placas físicas externas al ordenador, que mi modelación de cada parte del sistema de control de escotas es equivalente en los datos que computa en la simulación con los datos que se ganan del hardware externo. Eso se llama "Hardware-in-the-Loop". mathematica tiene funcionalidades llamadas "Solver" que son capaces de generar funciones que aproximan con el comportamiento de los datos provenientes de sistemas físicos externos. así ser capaz de verificar que los modelos que voy desarrollando mientras voy estudiando las matemáticas, la física y la electrónica de los diversos cursos universitarios. Claro que, tomando en consideración las limitadas capacidades de la placa Raspberry Pi B+ la ruta que tomaré será partiendo del "Hola Mundo" con el blinquéo del LED estudiar y aprender lo requerido. Ademas espero que para mediados de marzo tendré los pesitos para comprar la licencia de "Mathematica".

Bien la segunda placa que compré se llama "Teensy 3.1". Esa placa con un ARM Cortex M4 es apoyada por el software "SystemModeler" usando un protocolo llamado "Firmata" que tiene sus orígenes en los protocolos MIDI. En esa placa también instalaré Linux y como extensión del sistema de desarrollo para las placas Arduino se llama "Teensyduino" y dentro de ese entorno existe el protocolo "Firmata" y el SystemModeler apoya esta placa Teensy 3.1 con el protocolo Firmata que también apoya SystemModeler! Bien, porqué este protocola "Firmata" es de importancia e interés?

Bien para esto es útil entender un poco de la comunicación por redes y existe para ello un modelo de descripción estandardizado y denominado "OSI 7 Layer Model".

[Hellmut1956]

Aquí un gráfico del modelo OSI de 7 capas:



Como pueden ver ser trata de un modelo que refleja de forma sistemática la comunicación de 2 ordenadores por sobre una red. Este modelo permite de forma sistemática representar las propiedades de tal comunicación. No siempre las implementaciones se hacen estrictamente en concordancia con este modelo, pero siempre es posible reflejar cualquier entorno sobre ese modelo, haciendo así posible el poner implementaciones en relación a tal entorno!



Este gráfico muestra diferentes entornos y los mapea en el modelo OSI. Vemos por ejemplo que el bien conocido Ethernet representa las capas 6 y 7, WIFI, USB y otros encajan aquí. Vemos que en la capa 5 y en parte de la 4 se encuentra el protocolo IP, Internet Protocol que en combinación de las capas 3 y 4 representa el protocolo de comunicación del Internet, TCP/IP. Las capas 1 y 2 en este gráfico muestran ejemplos como del "FTP" que se usa mucho para transferir archivos por ejemplo de un servidor a un ordenador. Pero para explicar el entorno dentro del cual usando los programas de "Wolfram" presentados anteriormente, "Mathematica" y "Wolfram Language", aplicaciones que andan en el ordenador o por ejemplo en la placa "Teensy". Estos programas se ejecutan en la capa "1", pero el protocolo "Firmata" se ejecuta en la capa "2". El nombre de la capa "2", "Presentación", muy bien describe su función y así me permite explicar lo que tengo pensado estudiar, aprender y modificar para realizar mi objetivo del sistema de control de escotas y para explicar la razón por la cual me compré la placa "Teensy 3.1"!

Voy, con este propósito introducir otro elemento, llamado "biblioteca". La función de una biblioteca en la programación es la de proveer una interfaz para funciones adicionales requeridas. Aquí pues empiezo presentando la biblioteca "CMSIS". Esta biblioteca, que de acuerdo a la licencia que empresas que crean controladores basados en "ARM Cortex Mx", cada empresa que crea un controlador basado en esta licencia está obligado a proveer.

El objetivo final es tener tal entorno que pueda relacionar toda función, todo registro en una placa y/o dentro de un controlador, a una variable simbólica dentro del entorno del programa "Mathematica" y usar esasa mismas variables simbólicas dentro de los bloques que creo dentro del entorno del programa SystemModeler en los objetos que diseño usando el lenguaje Modelica introducido anteriormente. Allí entra a jugar la capa 6 del modelo OSI! Tengo que crear un entorno que "represente" los registros y funciones dentro de la placa que uso y que tenga una definición de como se puede acceder a tal elemento. Eso se denomina "Application Programming Interface, en breve API. El protocolo tiene la función de crear el enlace entre los APIs disponibles para cierta placa y/o componente electrónica. Otro nombre para esto es "Hardware Abstraction Layer", en breve "HAL" y expresa que a razón de la suma de APIs se representa la hardware de forma abstracta o modelizada. Como podemos ver mas adelante la complejidad de controladores como el aquí usado sobrepasa las capacidades del protocolo "Firmata" simplemente por existir un número de elementos mayor al que se puede representar dentro del formato de protocolo "Firmata". he llevado algunas discusiones e intercambios en el foro relacionado a la placa "Teensy", donde un tal Paul expresó de forma muy clara que las prioridades de sus trabajos estan en fomentar el uso de las placa Teensy, de moverse dentro del entorno "Arduino" y de su sistema de programación, IDE y de la variante que exoiste explícitamente para el Tennsy, Teensyduino. Mi interés está en aplicar un protocolo lo suficientemente potente para poder aplicarlo a cualquier controlador del tipo ARM Cortex Mx y de hacerlo de tal forma que pueda así encontrar el "perfil" de funcionalidades disponible para cierto controlador ARM Cortex Mx de cierto proveedor. Pues bien la biblioteca CMSIS que existe para cada instancia de un controlador ARM Cortex Mx contiene la definición, el API y/o HAL correspondiente a ese controlador específico y detrás de esos APIs la implementación de los "drivers", la software que efectivamente realiza el accesso a un elemento como un registro.



Como podemos ver en el gráfico que representa la estructura los bloques azules abajo en el diagrama del CMSIS nos dan exactamente eso. Tomando los archivo "*.h", que dentro del entorno del lenguaje "C" por ejemplo dan un nombre simbólico a un registro que se encuentra en cierto punto, definido por una dirección de memoria. Si ahora cambio de un controlador "A" a otro "B", ese mismo registro, y con eso me refiero a tal registro que cumple la misma función dentro del controlador "B", el archivo "B.h" asigna otra dirección, correspondiente al sitio donde se encuentra ese registro en el controlador B. Pero como en mi programa accedo a ese registro por su nombre simbólico sigo accediendo el registro de la misma función. De allí el término "HAL, que expresa la abstracción lograda usando no la dirección física de cierto registro, sino su nombre simbólico. Al momento de crear el programa ejecutable en el controlador para el controlador "A" del IDE reemplaza el nombre simbólico por la dirección física correspondiente. Si creo el ejecutable para el controlador "B" entonces la IDE reemplazará el mismo término simbólico por la dirección física en el controlador "A" que probablemente será diferente a la del controlador "B". Así la biblioteca CMSIS permite generar programas que pueden ser portados a cualquier controlador ARM Cortex Mx que contenga mínimo las mismas funcionalidades y por lo tanto por ejemplo ese mismo registro. No hay que menospreciar la ventaja que CMSIS crea para usuarios de sistemas embebidos a base de controladores ARM Cortex Mx. Si el día de mañana por cualquier razón quiera cambiar de controlador, sea de otro proveedor o otro del mismo proveedor, incluyendo la biblioteca CMSIS del nuevo controlador y reemplazando el "viejo CMSIS" el esfuerzo para portar el software será mínimo. Pero eso mismo tiene como consecuencia que si los clientes del proveedor "A" tienen que escoger un controlador para un nuevo proyecto todo proveedor tiene que poner máximo esfuerzo en lograr un máximo de eficiencia, de calidad de sus implementaciones de la biblioteca CMSIS para sus productos. Si no lo hace, entonces está regalando los esfuerzos que puso en el diseño de su hardware y así desprestigiando su implementación del controlador.

Por encima de los bloques azules aparecen inmediatamente bloques verdes y por encima de estos vemos un bloque violeta llamada HAL. Los bloque verdes no son mas que la agrupación lógica de los bloques azules a los bloques físicos de los que consiste un controlador. El bloque llamada "CMSIS-CORE" representa aquella parte física del controlador que implementa aquellas funciones que definen si se trata de un ARM Cortex "M0", "M0+", "M3", "M4" o "M7" y la descripción de esa parte del controlador es idéntica a la especificación del tipo de controlador tal cual lo define la documentación disponible para tal tipo de controlador de la empresa "ARM". Así pues esos "API"s serán idénticos para todos los controladores "ARM Cortex M" y se suma lo específico para cada variante de esos controladores "ARM Cortex Mx" que nombre arriba.No entro en detalles de describir los otros bloques verdes y el del "Debug", pero vemos que al nivel del bloque violeta "Device HAL" existe un segundo bloque violeta llamado "RTOS" y el cual usaré que es disponible de forma gratuita llamado "FreeRTOS".Algo muy util para lograr coordinar las diversas labores que ocurren de forma aparentemente paralela en el controlador. El bloque color violeta claro arriba en ese gráfico es donde entra a jugar la capa "6" del modelo OSI. En esta capa llamada "Presentation Layer" pongo a disposición el protocolo, como es el caso de "Firmata". Firmata no esta hecho para aprovechar las posibilidades que brinda el "CMSIS" también debido a que muchos usuarios de la placa Teensy 3.1 por ejemplo son principiantes y como tal Paul correctamente expone ese grupo es el principal mercado de tal placa. Implementando algo que se aprovecha del CMSIS y de tal forma también de un RTOS como el FreeRTOS, en especial tengo el foco en la variante "FreeRTOS-MPU", hace su uso mas complejo.





Estos 2 gráficos me acaban de llegar con la placa Teensy 3.1 y aquí los comparto con ustedes. vemos en estos gráficos básicamente a razón de la descripción de las funcionalidades de los pines que periferias son accesibles físicamente usando esos pines y configurando el controlador de forma correspondiente. aquí es donde el CMSIS junto con un protocolo como el Firmata permiten de forma común a todos los controladores ARM Cortex Mx configurarlos para usarlos.



Finalmente este último gráfico nos da una visión de las funcionalidades disponibles dentro de la familia de controladores ARM Cortex M4 de Freescale llamada Kinetis y donde dentro de la documentación disponible vemos que de ellas es disponible dentro del controlador usado en el Teensy 3.1!

Como el SystemModeler de wolfram ya apoyo el uso de ese formato Firmata puedo así en su momento no solo estudiar el como está realizado el protocolo Firmata, la versión 2.3 es apoyada de acuerdo a un ingeniero del apoyo de SystemModeler. Trato por un lado de aprender la implementación de lo existente y fomentar que Wolfram vaya por un camino mas apropiado, por otro lado quiero entender si es posible y si si como, o modificar el formato Firmata a crear algo que se beneficie del CMSIS, ya no para el de la placa Teensy 3.1, sino de la placa LPCXpresso1769 de NXP que usaré dentro de mi sistema de control de escotas.

[Hellmut1956]

Quiero compartir con Ustedes el problema de cual herramienta de software realmente comprar. Resulta que durante mi reciente visita a la feria en Nurenberg, "Embedded World 2015" Mathwork me informó que desde relativamente reciente tienen una licencia no commercial de la software Matlab/Simulink y de las "toolboxes" que le suman importantes funcionalidades. El precio es realmente aceptable con 105,- Euros para una licencia de Matlab y de 29,- Euros para Simulink y para cada toolbox"! El software de mathwork realmente está muy avanzado para los propósitos que tengo en aplicar la metodología del diseño por modelación para el diseño de mi sistema de control de escotas. La desventaja es que no apoya el uso de objetos basados en Modelica y en consecuencia la simulación de sistemas que usen objetos acausales.

Modelica y su concepto de objetos acausales, tema en que me he profundizado bastante durante el último año y pico por solo existir una software pagable en forma de Mathematica y SystemModeler en conjunto con Modelica! La tercera opción, pero aún sin ofrecer una versión no commercial en sus licencias es Maple/MapleSim que si apoya Modelica y objetos acausales!

Queda finalmente por estudiar si es posible usar software gratuita que sea capaz de hacer simulaciones con Modelica y la posibilidad de suministrar tales datos a Matlab por ejemplo. A mi esto me dice que el entorno de la metodología del diseño por modelación a base de software comercial ha madurado lo suficiente, pero a base de software gratuita y/o no commercial la cosa aún no ha madurado!

En si la prueba que con esa metodología para el diseño de mi sistema de control de escotas estoy pisando suelos en proceso de maduración!

[gerardo navarro]

Hola mi buen amigo aleman, espero estes bien, por aqui leyendo tu interesante articulo, pero queria decirte una cosa, se que muchos compàñeros como Yo, vemos y leeemos tus publicaciones, son interesantisimas, pero de leer no pasamos, porque los temas son algo complejo je je je vaya que si amigo, en mi caso me pasa, como que en estos momentos se me aparecieran los extraterrestres con su tecnologia tan evolucionada comparada con la nuestra que seria del tiempo de las cavernas, huf, nos faltaria estudiar mucho y muchos años de aprendizaje para poder ayudarte en algo, esto lo escribo, porque como ves casi nadie opina algo cuando escribes algo, pero la verdad es que eres un genio amigo, estas muy por encima de nuestros pocos conocimientos en el tema de microcontroladores o lo que se refiera a ellos.... pero sigue publicando, que con esos aportes nos vamos aprendiendo y observando como evoluciona cada dia la tecnologia..

un abrazo y pendientes de nueva publicaciones, todo esto lo archivo, porque se que mi sobrino algun dia pondra en practica tus enseñanzas...

[Hellmut1956]

Gerardo, es característica de amigo mostrar empatía por lo que pueda sentir el otro, gracias. Mira Genaro, con frecuencia soy criticado por solo dedicarme a este uno proyecto del velero Carina y de no acabarlo y empezar otro! Otros "amigos" muy especiales y foristas aquí me han criticado y atacado personalmente por ser ignorante e incapaz! No hay que nombrar nombres porque algunos saben de quienes hablo!
Pero un resultado de mi forma de dedicarme a nuestra afición es que siempre seré y quedaré siendo aprendiz pues voy por caminos que se me van abriendo mientras estudio y trabajo en este proyecto. Lo que aún lamento es que esos "amigos" especiales en este foro hicierón que aquellos que habían iniciado el curso de la tarjeta experimental desistieran de seguir en el!
Pero también quiero poner las cosas a que me dedico en relación! La maestría que muchos aquí en el foro demuestran con sus labores son justificación del mas alto respeto y les doy mi máxima admiración y trato de aprender de lo que hacen. Como yo trabajé por décadas en la industria de semiconductores y algún tiempo en aquella dedicada a las comunicaciones tengo un nexo con estas tecnologías electrónicas y con aquellas de modelación, simulación y experimentación. Pero noto como mis problemas de salud me han impactado en mi capacidad de concentración, pero el aplicar la perseverancia típica de nosotros los modelistas navales a continuar mis esfuerzos de estudio a la vez son el único método, fuera de alimentarme de forma saludable y de moverme al aire fresco en los paseos con nuestro perro Samy, para habilitar mi cerebro a reorganizarse y así reparar los daños causados por los paros cardiales que sufrí! Claro, eso en adición a mi entusiasmo y actitud positiva!

Al momento estoy indeciso de como seguir en este proyecto del diseño por modelación! primero, por ser las herramientas requeridas prohibitivamente caras tuve que desistir de usar o Matlab/Simulink o Maple/MapleSim. Así opté por las herramientas de la empresa Wolfram, Mathematica y SystemModeler. Repartiendo diarios y material promocional en mi región he empezado a acumular los medios económicos para comprar las herramientas de Wolfram y me encontré con "Modelica" y su forma de presentar circuitos y su capacidad de combinar los mas diversos dominios como la electrónica, la mecánica de traslación y la mecánica de rotación, los procesos térmicos, etcétera. La desventaja es que la software de Wolfram en estas aplicaciones está años detrás de lo que ofrecen por ejemplo los 2 proveedores de herramientas mencionadas arriba. Ahora, durante mi reciente visita a la feria "Embedded World 2015" en Nurenberg recibí la información que Matlab/Simulink de Mathworks finalmente ofrece licencias no comerciales a precios hasta mas módicos que las de Wolfram, pero ahora se que esta herramienta no ofrece la posibilidad de representar sistemas de la forma como lo hace Modelica. Así pues he decidido tratar de usar el entorno ofrecido por "OpenModelica.org", que es gratuito y tratar de modelar mi sistema de control de escotas de esa forma.

Pero permíteme indicarte algo Gerardo! Tu eres mucho mas joven que yo y has aprendido a usar la electrónica de forma maravillosa. Yo llevo como década y media de haber logrado en parte solo lo que tu hoy eres capaz de hacer. No le tengas miedo o respeto inmerecido a las materias que hacen posible el uso de la metodología del diseño por modelación. Cuando haya alcanzado un nivel adecuado trataré de mostrar como es posible usar esta metodología y así limitar los requerimientos a lo estrictamente requerido. Como me estoy metiendo otra vez en materias que desconozco y por ser pedante en la forma excesiva de dedicarme a algo y por dejarme fascinar por lo que descubro por el camino, el uso de esa metodología aparece con seguridad mucho mas complejo de lo que realmente es. Estoy al momento siguiendo un tutorial disponible en YouTube de un profesor de universidad suizo sobre Modelica y en ese contexto me encontré con una metodología nueva para mi, donde el describe un sistema de forma gráfica que pone en relación los 2 aspectos claves de la modelación usando Modelica que son Los "flujos" y los "estados". Habiendo así implementado las relaciones entre los elementos de un sistema el clama que ese trabajo preparativo es esencial para luego modelar el sistema usando Modelica. Pienso acabar de ver ese tutorial de Modelica en YouTube para luego buscar y estudiar el sistema preparativo que usa para describir las relaciones de un sistema. Creo que será de interés para todo aquel que quiera aprender a modelar sistemas y trataré de crear un tutorial al respecto.

Pero todo esto refuerza un mensaje que he tratado de comunicar desde los primeros días del tutorial que traducí del alemán sobre la tarjeta experimental! El uso de la electrónica como herramienta en el modelismo naval no es dificil, es solo la perspectiva que es desacostumbrada! Lo mismo aplica a la metodología del diseño por modelación y a muchos otros campos. Es nuestra resistencia a aprender otra perspectiva de la acostumbrada lo que parece hacer cosas difíciles o de sentirnos atacados. Los ataques de carácter altamente personal que sufrí aquí en el foro por ciertos individuos no es mas que el que estos percibían, quizá de forma inconsciente, que lo que yo presentaba atacaba y les hacía conscientes sus propias limitaciones! Es como un perro que muerde por sentirse atacado cuando no entiende. Ya vez, en vez de sentirme ofendido siento compasión y lástima por aquellos individuos y lamento el no haber podido ayudar a mas de los interesados inicialmente por el curso de la tarjeta experimental. Mi oferta de apoyar a todo que quiera hacer el curos de la tarjeta experimental sigue vigente!

[gerardo navarro]

cuando retomes el curso de la tarjeta experimental me apunto me interesa..

[Hellmut1956]

Está activo! No es mas que ir allá y empezar. Lo que requiere, porque los ordenadores ya no tienen una interfaz serial y una paralela es conseguirse un dispositivo para programar controladores de Atmel!

[Hellmut1956]

Sigo reportando. Anoche me apunté a un período de prueba de la software de la empresa Wolfram, SystemModeler la que quiero comprar lo antes posible. Relacionado a ello pedí reactivar mi período de prueba de la software Mathematica para poder estudiar como las 2 software se combinan.

Lo esperado se está confirmando y es que no compraré la versión no comercial de Matlab/Simulink, a pesar que se consigue muy económica, pues las ventajas de crear componentes para la modelación y simulación a base del lenguaje Modelica realmente son muy superiores al sistema basado en objetos causales que se dan en Simulink.

También encontré un tutorial en Youtube sobre Modelica de un profesor de la universidad de Winterthur en Suiza excellente, ese usa la software Dymola de la empresa CATIA del grupo Dassault. Así que también me inscribí para una prueba de la software Dymola. Por un lado porque así pueda sacar mas beneficio del tutorial de ese profesor Maurer, pero también porque quiero practicar lo que aprendo para recrear las componentes que existen en las bibliotecas disponibles para Dymola. Eso combina varias ventajas:

1. Saco el máximo beneficio del tutorial del profesor Maurer
2. Recreando las componentes disponibles en Dymola por encima de lo que son las bibliotecas standard de OpenModelica combino el aprender y logro enriquecer el portafolio de componentes para modelar.

Como las componentes de Modelica forman elementos de clases de componentes que heredan propiedades de las clases padre. Tengo pensado compartir aquí con ustedes lo que voy aprendiendo, quizá para mostrar que esto es mucho menos dificil que la construción de un hesperides de latón!

[Hellmut1956]

Hola amigos, estoy muy consciente que por un lado por solo ser aprendiz en la materia, cosa que por definición soy pues amo el aventurarme en nuevos campos lo que resulta en siempre ser aprendiz! También estoy consciente que son menos y menos personas a las cuales leer este hilo por ejemplo resulte atractivo, pues el contenido, aunque estrictamente asociado a aplicar nuevas tecnologías a nuestra afición resulta bastante exigente para entenderlo y para entender que aspectos allí estoy tratando de entender sus consecuencias para los objetivos de mi projecto del Carina. Pero en ciertos foros resultó que no solo encontré personas que se metieron a reflexionar sobre lo escrito y dándome valiosisimas aportaciones. 2 mejicanos venían del ámbito universitario, en otro foro 2 foristas ya usaban electrónica como tecnología para su afición, reconocieron mi contribución como el aventurarse en nuevos campos y realmente se están metiendo a fondo! Les digo que la razón de escribir estas contribuciones y hacerlos partícipes de mis esfuerzos son varias:

1. No hay ejercicio mas valioso para aprender que el estar obligado a presentar lo que se está tratando de entender a terceros. Aquí un ejemplo sobresaliente es el diagrama en bloques de mi sistema de control de escotas! La razón para iniciar ese esfuerzo fue un muy respetado señor en los baleares que me quería ayudar a hacer los programas que forman parte del sistema de control de escotas. En varias iteraciones pude crear ese diagrama que desde entonces me sirve para poner los temas que aparecen en contexto como parte de mi esfuerzo de explicarle de que demonios se trata mi sistema de control de escotas!

2. Cada vez que escribo otra parte de mis esfuerzos ese ejercicio me ayuda ganar nuevas perspectivas al proyecto que luego, como es usual para mi, reflexiono durante los diarios paseos con nuestro perro samy.

3. En algún momento y aunque sea en algún futuro el hilo puede despertar el interés de alguien, ojalá existiera algo así ya!

4. Cada individuo que responda a cualquier aspecto del hilo representa alguien con el cual poder intercambiar reflexiones. Hoy estoy muy gratificado por haber encontrado ya tales individuos.

5. Finalmente, y eso es esencial, no existe comentario que refleje el honesto intento de la persona en seguir el hilo y presentando cualquier clase de pregunta que yo no vea con máximo respeto y nunca se me ocurriría darle los atributos como ciertos arrogantes foristas y por ciertas y razones que me opongo a presentar aquí hicieron sobre mi en este foro. No existe pregunta tonta y sin valor, solo existe la estupidez de no preguntar si se tiene una interrogante y nunca, nunca dejense intimidar por individuos como aquellos en este foro. Los tales saben de quien hablo! Ellos sin saberlo expresan mas sobre sí que sobre el que critican de forma personal y tonta!

No puedo dejar de publicar esto, pues es tal actitud la que intimida personas y fomenta el cerrarse a nuevos pensamientos y temer ataques pr terceros. Como yo presento mis actividades en nuevos campos de los que estoy convencido tienen el potencial a ser fuente de valiosas contribuciones a nuestra afición permitiendo que los mas recientes avances tecnológicos puedan permear a nuestra afición!

Los estudios desde mas de un año y los progresos lentos que estoy haciendo por las limitaciones que resultan de mi salud y porque esos mismos estudios me han abierto el acceso a toda una gama de temas nuevos, relacionados a las materias que estudio y que pienso que requiero para mi proyecto, pero también de interés general para mi, han logrado bajar mis propias barreras resultantes de la intimidación en aplicar conocimientos matemáticos. Quiero dar como ejemplo las ecuaciones de cinemática traslacional. Verdad que no mas ese término es intimidante? Pero, y eso es lo que ha empezado a permear en mi mente, en sí es algo sencillo pero el familiarizarse con los términos correctos permite entender y avanzar sin barrera que resulta de tal intimidación! Cinemática no es mas que la ciencia que se ocupa del movimiento de objetos físicos, el péndulo como ejemplo. "traslacional" es el término que define un tipo de movimiento y que así es diferenciado del término "rotativo" que creo no requiere explicación! Traslacional es el movimiento no rotativo! Simple verdad! Así "cinemática traslacional" es un término que no dice mas que el referirse a la ciencia de movimientos y no cubriendo el area de los movimientos rotativos!

Pues bien, cualquier movimiento traslacional que se observa tiene cierta posición inicial que describimos como ser "X = 0 metros" Cero pues al iniciarse el período de observación el trecho recorrido tiene el largo "0 metros". Después de pasar cierto tiempo "X = 10 metros". Bien en las matemáticas el trecho recorrido se define como "X" por ejemplo.

Hablando y usando el lenguaje normal vimos que el trecho recorrido depende del tiempo que abreviamos como "t". También aplicando los conocimientos bien entendidos por cualquiera, si transitamos a cierta velocidad el trecho recorrido depende de cuánto tiempo nos hemos movido a tal velocidad. El matemático que usa símbolos que se entiende por todo matemático independientemente de que lengua use para hablar y pensar dice:

El trecho es denominado como "X".

Cuanto trecho se ha recorrido depende de la velocidad con la que nos movemos y el tiempo que transitamos a tal velocidad.



Ese punto por encima de la "X" no dice mas que es la derivación del trecho sobre el tiempo! Verdad que aparenta ser intimidante! Pero realmente es sencillísimo el entender lo esencial! Si reemplazo el símbolo por "v" o por la palabra "velocidad" ya nada de intimidante tiene! Que importa, fuera de intimidar a quién es intimidado por las matemáticas, si la velocidad la llamamos , o "v", o "velocidad" o "Maria". Todo lo que es importante saber es que hablamos de la velocidad!

Pero los símbolos matemáticos tienen varias grandes ventajas sobre la alternativa de usar palabras de nuestro lenguaje cotidiano! Uno ya lo mencionaba implícitamente y es que el lector, sea chino, hindú, colombiano, español o alemán sabe por ese símbolo no solo que hablamos de la velocidad. El matemático y ustedes los que leen esto saben que se trata de la velocidad traslacional que hace que el objeto observado recorre la trayectoria del trecho "X" cuyo largo y dirección dependen del tiempo. Esa aparente precisión no relevante es esencial en las matemáticas y es esencial para que herramientas como las que tengo previsto usar para la modelación del sistema de control de escotas puedan usar la información que hago disponible modelando mi sistema de control de escotas.

El trecho recorrido por el objeto cuyo comportamiento estoy representando matemáticamente es función del tiempo! Otra vez forma matemática o física que usa esas matemáticas que puede resultar intimidante! Esa frase no dice mas que aplicando una fórmula que describe el comportamiento del movimiento del objeto observado la fórmula me da el trecho recorrido por el objeto en cualquier momento, o sea con "t" teniendo un valor específico, como por ejemplo un minuto! No sigo en detallar esto, sino en mi objetivo de demostrar que aún sin tener que usar un pito de matemáticas, solo entendiendo que los símbolos no son mas que símbolos a las cuales se les ha asignado propiedades y que el símbolo no es mas ni menos que otra forma de decir velocidad!

De este símbolo con la "X" y los 2 puntos encima de forma totalmente igual se puede decir que representa la aceleración. Si tiene un valor mayor que "0" es una aceleración, la velocidad va en aumento de de deceleración o frenado si tiene un valor menor a "0", lo que dice que la velocidad va disminuyendo! Mirémoslo con mayor detalle!

Explique arriba que el trecho que recorre un objeto observado le damos el nombre de "X", habiendo este al iniciarse la observación del objeto no recorrido trecho alguno, por lo cual se le puede asignar a "X" al tiempo "0" el valor "0" y de forma correspondiente al final del tiempo de observación y dependiendo de la duración que permitimos que el objeto observado se mueva, o sea que asignaríamos algún valor a "t" mayor a "0", por ejemplo "1 minuto", el valor de "X", el trecho recorrido es el resultado de cuanto tiempo recorrió el trecho a la velocidad que tiene:

En algebra que todos conocemoss:

Trecho X = velocidad del objeto * tiempo

En símboos matemáticos:

X = * t

O de forma mas general

X = f(t) siendo la función "f" = * t

Pues de forma equivalente a como presenté que el trecho recorrido por un objeto observado el la multiplicación de la velocidad por el tiempo, la velocidad es la primera derivación de "X", , la velocidad o el cambio de posicion "X" mientas se mueve. que es la aceleración? Verdad que no es mas que el cambio de velocidad de un objeto en el transcurso del tiempo que acelera? Y verdad que cuando mas tiempo un objeto que acelera está sometido a esa aceleración mas alta será su velocidad final? Pues asíes la cosa con la aceleración!

no es mas que volver a decir que la aceleración el el cambio de la velocidad y que su efecto en la velocida depende de cuanto tiempo el objeto acelera! Si pusimos un punto por encima de la "X" para expresar la velocidad, para expresar la aceleración y como solo se repite el mismo ejercicio pues le agregamos otro punto!

Lo presentado aquí no tiene nada dificil si le perdemos el miedo a los símbolos matemáticos como lo he tratado de iniciar ese proceso en ustedes que aún leen lo que escribo! repito y quiero resaltar que me ha tomado mas de un año en perderle yo el miedo a esto! Creo que con la perspectiva que ahora tengo puedo continuar por razones que aún presentaré!



Pongo ahora aquí una fórmula que permite calcular el trecho recorrido desde un punto inicial y aplicaremos a ello lo presentado anteriormente y verán que de pronto la cosa ya no es intimidante si nos sobreponemos al miedo no justificado de la persona no matemática a la simbología matemática! Analisemos la fórmula:

"x" nos dice el trecho que el objeto observado recorre en el transcurso del tiempo que aplicamos símplemente asignando un valor a la variable tiempo "t", por ejemplo 1 hora! Obvio verdad?

X0 nos dice donde el objeto estaba al principio del lapso de tiempo observado, por ejemplo en el punto a "cero metros", o 100 metros o lo que sea. Vemos que la fórmula nos permite de forma general describir y calcular la nueva posición del objeto después de transcurrir el tiempo, por ejemplo 1 hora!

"v0", hemos aprendido que "v" significa velocidad y que tambien lo podemos expresar con el símbolo . La razón por la que la velocidad aquí tiene el indice "0" es porque la fórmula no solo permite calcular el trecho recorrido durante el lapse de tiempo que lo queremos observar, sino que permite que el objeto tengo una velocidad inicial al principio del lapso de tiempo observado y por eso "V0". La fórmula también permite que el objeto observado sea expuesto a una aceleración y/o deceleración por la cual se le suma el último término a la derecha! Pero también eso es sencillo y lo hemos aprendido arriba. La aceleración "a" se puede expresar también con el símbolo

Si ahora en esta fórmula remplazamos "v0" por y la aceleración "a" por el símbolo y pedonen que aún no sea capaz de generar esa fórmula pues aún soy ignorante e incapaz de usar un editor "Latex" para crear tal fórmula! Escriban esa fórmula con lápiz en un papel reemplazando "v0" y "a" por los símbolos matemáticos correspondientes verán que una formula realmente intimidante ahora ya no tiene porque ser intimidante! Pueden ir a este sitio de wikipedia en Español, es muy informativo!

Ahora y habiendo logrado reducir la intimidación por la simbología matemática para la cual presenté un ejemplo sencillo aquí, me siento en capacidad de empezar a usar y aprender las herramientas por las cuales me he decidido, Mathematica, SystemModeler y Wolfram Language de la empresa Wolfram que hace accesible licencias no comerciales a costos tolerables pero dolorosos!

Y aquí viene un aspecto por el cual creo poder justificar ante mí el invertir mis escasos medios económicos en adquirir tales licencias no comerciales! Estas herramientas, y eso no solo es aplicable a las de la empresa Wolfram, sino a una multitud de otras herramientas tienen una funcionalidad llamada "solver", o traducido "resolvedor"! Esos solvers son capaces de calcular resultados de ecuaciones y funciones como aquellas presentadas aquí, quitando la necesidad de resolver ecuaciones y funciones matemáticas uno mismo. Como un profesor dice en el video de su lectura universitaria sobre cinématica, el tercer paso es aplicar las matemáticas y aquí las herramientas nos ayudan de forma extrema! Claro que para saber si el resultado de un "solver" es realmente aplicable a una ecuación o función matemática y para poder usar las dependencias que son descritas para las cosas a modelar hay que saber de las matemáticas y aún no estoy donde debería estar para quizá poder presentar el como cumplir las funciones de modelación como lo tengo pensado!

Pero se ha demostrado adecuado para mi forma de pensar y aprender, y eso quiero decir expresamente, y para sobreponerme a las intimidaciones que ciertos contenidos sean en cursos de física, sean en cursos de electrónica, de ingeniería mecánica, en teorías de sistemas dinámicos y como herramienta fundamental en todos estos casos la matemática a aplicar como herramienta me es una gran ayuda combinar esfuerzos de estudios d todas esas ciencias al tiempo mas el aplicar lo que voy captando a las herramientas como las de Wolfram. Esas múltiples perspectivas sobre en cierto sentido una misma materia me permiten ir reduciendo la medida de intimidación que eso tiene en mi! Ven que es importante y eso lo recalco, que la intimidación que esos temas despiertan en uno hay que concientizarse para poder sobreponerse a esa intimidación y captar las materias.

También se ha vuelto evidente para mí que prácticamente todas las materias enseñadas como parte del curiculum del estudio universitario para el título de "bachelor" no son mas que técnicas básicas como lo son aquellas que aprendemos en el colegio, el escribir, el leer y el cálcula con sumas y restas, multiplicaciones y divisiones! Aprendiendo lo enseñado en los cursos universitarios no hacen mas que enseñar las herramientas y técnicas básicas para recién entonces poder "trabajar" con ellas!

En este último algo mas de 1 año que llevo persiguiendo el objetivo de aprender y aplicar la metodología del diseño por modelación y a pesar que veo que avanzo mucho mas lento de lo que esperaba hacerlo, si veo y aprecio mis avances! Pero y eso es esencial para mí, veo que ese ejercicio mental que representan esos esfuerzos han llevado a que hoy he vuelto a recuperar y mejorar mucho mi capacidad de concentración! Cada vez menos estoy confrontado y cada vez siento el deterioro mas tarde de que mi mente entre en paro obligándome, so soy capaz, de acostarme a dormir para permitir la recuperación de mi mente! Creo ver en los efectos que estos esfuerzos mentales tienen en mi capacidad de concentración, que mi objetivo de lograr que mi cerebro se reorganize para recuperar capacidades mentales que los paros cardíacos en forma de lesiones que dañaron parte de mi cerebro san compensados! Aparentemente una terapia que parece funcionar!

[Hellmut1956]

Hola amigos

Quiero seguir compartiendo con Ustedes mis esfuerzos en aplicar la metodología del "diseño por modelación" para estudiar, diseñar, simular y experimentar con el objetivo de tener una buena noción que la cosa va a funcionar. Como bien saben aquellos que siguen mis contribuciones, estos estudios son parte de la terapia que me medicado yo mismo para que aquel músculo que tenemos dentro del craneo entre las dos orejas sepa reorganizarse para así poder volver a funcionar bien! les cuento que la segunda mitad de la última semana la lucha que tenía que embarcar en sobreponerme al muro contra el entender con que me habia topado, me volvió a mostrar esos efectos que me resultan cuando uso el múscula tal en exceso! Pero esa motivación cuando se está por encontrar una solución, ese entusiasmo, lo hace muy difícil el tener que aceptar de hacer pausa y acostarse a dormir!

Mucho ha ocurrido y lo compartiré con Ustedes ya con los conocimientos y entendimientos adquiridos hoy!

En mis últimas contribuciones había mencionado que después de algo mas de un año en que avancé mucho menos de lo que esperaba lograr, pero finalmente tenía la impresión de haber alcanzado tal punto que la notación matemática no tiene porqué intimidarnos, siempre y cuando tengamos consciencia que no estamos mas que rasgando la superficie para lograr ciertos objetivos.

Bueno la consecuencia de eso fue y es, que me decidí embarcar en empezar a modelar partes de lo que es mi concepto del sistema de control de escotas y escoger algo, que aunque sencillo en comparación con otros aspectos, sin embargo es de mucha importancia para resolver la interrogante si efectivamente es posible que mi sistema de control de escotas es capaz de implementar el aparejo tal y cual lo había en el velero original, la Endeavour:



Justamente este sábado por la noche volví a tener que experimentar que en nuestra afición, y de eso pecan en especial los expertos, que cuando respondí a un aficionado a los modelos de veleros y a aquellos del tipo de la Endeavour, me advirtió que en un modelo ese aparejo causaría tal medida de fricción entre la escota y los discos, son 7 en 6 bloques, que el velero sería incapaz de poder ser navegado! Pues eso, aunque lo lamenté mucho, me volvió a confirmar que importante es no solo verificar por modelación y simulación que viento mínimo es requerido para poder ser capaz de sobre poner las fricciones a las cuales la escota de mi velero Carina estará sometido, sino que es de igual importancia entender el impacto de los parámetros que influyen en la magnitud de esa fricción!

Son 3 campos que en suma me abrieron las puertas para poder meterme en el asunto de la modelación y que de forma sorprendente cada una de esos 3 campos basa en la misma metodología. La metodología fue inicialmente desarrollada en el ámbito financiero y en el ecológico. La ciencia se llama en Español:

"sistemas dinámicos complejos"

Esa ciencia desde los años 50 del siglo pasado cuando empezó a ser investigada en la MIT de Bostón para modelar sistemas financieros y relacionados a las economías desarrollo una metodología que combina sus estudios usando "recipientes" con magnitudes contabilizables y magnitudes de flujo, que suman contenido a tales recipientes y restan contenido de tales recipientes. para seguir con lo que estoy convencido, no hay razón por dejarse intimidar! "Contabilizable" en analogía se puede ver como nuestras cuentas bancarias. El sueldo representa un flujo de dinero a la cuenta aumentando su contenido, y los gastos son el flujo responsable para que a fin de mes la cuenta esté vacía!

Algo que le dió mucho reconocimiento a esa metodología fue lo que publicó el "Club de Roma" sobre los límites del crecimiento. Allí prácticamente demostraba que el crecimiento de las economías y de todos los factores que influyen en ella en nuestro planeta de limitados recursos tiene que llegar el momento donde ese consumo de recursos naturales llega a su límite.

El segundo campo que me dió un gran apoyo es el de la lengua y el entorno de modelación "Modelica". Existe una frase que caracteriza Modelica como la lengua y el entorno de simulación basado en la tecnología clases (object orientation"" y ecuaciones! Resulta que en Youtube me encontré con los videos de las lecturas de un profesor de universidad suizo, Werner Maurer de la ZAHW Winterthur, en donde ofrece el aprendizaje de forma bastante completa de la lengua Modelica. Allí el usó una herramienta llamada "Berkeley Madonna" que el usa para demostrar y analizar sistemas complejos y donde menciona que el trabajo preparativo con esa herramienta crea la base para luego portar lo descrito allí e implementarlo como modelos en la lengua Modelica!

Claro que eso despertó mi curiosidad y empecé a buscar donde esa herramienta es presentada y enseñada a usar y mas tarde el traducirlo a Modelica. Así fue que averigüe que este Profesor Werner Maurer a iniciado una iniciativa para aplicar estas metodologías como una forma nueva y según el mas adecuada para la enseñanza de la física tanto en nivel de bachillerato, como también a nivel universitario. Esa actividad de aplicar las metodologías creadas en la ciencia de sistemas dinámicos complejos a la física, basa en actividades en la universidad alemana de Karlsruhe. les doy el enlace a ese sitio en Español! Básicamente se puede expresar que en los mas diversos campos de la física y mirando desde el aspecto de la forma de representación proveniente de la ciencia de sistemas dinámicos complejos de los "recipientes" y los "flujos", los mismos principios se repiten en los diferentes campos de la física. Por decirlo de otra forma. resulta que los diversos campos de la física resultan en una estructura idéntica, se ha encontrado una propiedad de cuestiones físicas de los mas diversos campos de la física. Claro, en mi projecto de modelar el aparejo, son a aplicar los campos de lo que se denomina "mecánica traslacional", un término proveniente de la "cinemática"! Allí la magnitud del flujo es la fuerza y el recipiente contiene "momentum"! Momentun es el producto de velocidad y masa y la fórmula es:

P = m * v

El tercer campo por lo tanto es la "física de sistemas", que acabo de introducir!

Estos 3 campos, sistemas dinámicos complejos, física de sistemas y el entorno de modelación y simulación Modelica combinan lo que requiero. Es mas, la física de sistemas en este contexto no solo me permite introducir la primera derivación del "lugar X", la velocidad, que se expresa con una "X" y un punto por encima, sino que también permite incluir el análisis de la segunda derivación, la "X" con los 2 puntos encima como se usa en los diptongos en Español. eso significa que me es posible hasta simular los efectos cuando el motor de paso arranca a toda velocidad, el jalón!

Para ello las herramientas con las que inicio mis trabajos son:

1. Berkeley Madonna
2. Modelica
3. Mathemática y SystemModeler

Las primeras 2 ya las tengo el nuevo libro sobre Modelica sale en Abril de este año! mathematica me servirá para aplicar las matemáticas avanzadas a las diferenciaciones de primer y segundo orden, pues los "solvers" que tiene me resuelven esto a base de solo recibir al ecuación inicial!

El segundo aspecto es el de poder usar Mathematica como herramienta para poder hacer iteraciones de las simulaciones variando el valor de los parámetros de acuerdo a las ecuaciones matemáticas apropiadas!

Y el tercero es el que me pueda calcular ecuaciones para aproximar a los resultados de mediciones en esas simulaciones y en experimentos con la hardware real, cosa que sigo con lo antes mencionado sobre las placas RaspBeery Pi B+ y Teensy 3.1!

Sigo ahora presentandoles en que consiste lo que me ha llevado a derrumbar un muro que me tenía atascado!





Para entender el "Flow chart" hecho en Berkeley Madonna se requiere del segundo gráfico:

La fuerza Fiz = Fde + ΔF

La fuerza Fiz es lo que he llamado "Tiro de Escota" en el diagrama arriba. Es aquella fuerza con la cual la acción del viento sobre la vela mayor y por el palo de la mayor tira de la escota para que esta se pueda abrir, o que mi sistema de control de escotas tiene que contrarrestar para limitar el abrirse mas de la vela!

La fuerza ΔF es el nombre que le he dado a la fuerza que la fricción entre la escota y el disco genera y que es opuesta a la fuerza de "Tiro Scota"!

La fuerza Fde es aquella fuerza que sobra después que la fuerza "Tiro Escota" se sobrepone a la fricción! Si esta fuerza desaparece, o mejor expresado, toma el valor "0", entonces la fuerza "Tiro Escota" = Fuerza por Fricción o ΔF!

En ese caso hay un equilibrio entre la vela tirando de la escota y la fricción de la escota en el disco!

Recién esta noche del sábado otro experto, cuyos conocimientos respeto mucho, se puso bravo conmigo, pues le dije que mi objetivo y el placer que encuentro en estos estudios son la razón y motivación que doy satisfacción con mi afición!

El me dijo que mi sistema no va a funcionar, pues la fricción del aparejo que consiste de 7 discos en 6 bloques, ver foto que he publicado mil y una vez del aparejo de la original Endeavour!

Pues les digo, y lo voy a corroborar por experimentos que me permitan alcanzar el nivel requerido de calidad de los modelos, no solo podré calcular una velocidad de viento mínima, donde entre el "Tiro escota" esté en equilibrio con todas las fricciones a las que la escota esté expuesta entre el palo de la vela mayor y el tambor en el motor de paso!

Pero mucho mas interesante que esta información de mucha importancia que viento mínimo es requerido para que la vela se pueda abrir, será que medidas puedo tomar para lograr que el mínimo viento requerido sea el mínimo posible! Las ecuaciones que he presentado mas arriba, no solo permiten que los modelos de disco y escota puedan, en cada una de las 7 instanciaciones que forman el aparejo, puedan reflejar los ángulos sobre los cuales la escota está en contacto con el disco. vean la foto de la Endeavour original y ven que estos ángulos difieren sustancialmente!

Pero también en esas ecuaciones se puede apreciar que los diámetros de los discos también juegan un papel importante!

Es claro, y aunque perseverante y terco soy, estoy consciente que para que mi sistema de control de escotas pueda funcionar con ese aparejo, el resultado debe dar velocidades de viento aceptables! Si no, pues tendré que reflexionar como resolver el problema!

[Hellmut1956]

Como pequeño ejercicio traducí el aparejo de la siguiente foto al entorno de la herramienta Berkeley Madonna:

La primera foto muestra el aparejo del velero original, la Endeavour:



La segunda foto muestra un gráfico que representa ese mismo aparejo, pero que muestra como la escota circunda los discos de los bloques. Los ángulos indicados ni son los adecuadas en ciertos casos, ni sus valores son fijos. El gráfico muestra que fuera de la geometría de los discos en los bloques, su diámetro, las posiciones que se les de, tanto donde quedan colgados del palo de la vela como cuando el palo de la vela cambie su ángulo entre el palo y el eje central del casco va a influenciar estos parámetros y por lo tanto la magnitud de la fricción! Como se puede apreciar, aún sin captar los ángulos en sus 3 dimensiones y los giros alrededor de los ejes.

Esto requiere algo de explicación! Definamos las 3 coordenadas que son aplicables:

"X": en dirección del eje central del casco. Si en casco se inclina, por ejemplo si el viento empuja la vela, entonces tenemos un giro por este eje! Asumo que poniendo el origen de las 3 coordenadas a lo largo del casco donde se encuentra el eje alrededor del cual el palo de la vela gira. Junto al mástil se encuentra esa posición!

"Y": orthogonal a "X" pero paralelo a la superficie del agua. Las coordenadas "X" e "Y" definen un plano paralelo a la superficie del agua. Si la proa del velero se hunde en el agua, o se levanta, tenemos un giro alrededor del eje "Y".

"Z": El eje vertical, equivale al eje de rotación del palo de la vela mayor, si el barco se encuentra estático.

Quizá ya leyendo esta descripción de los ejes de la coordenadas reconocen el problema que requiero definir. Si tomo los 3 ejes de las coordenadas en sus orientaciones con el velero estático, entonces captar las direcciones de las fuerzas de la vela sobre los bloques y así sobre la escota dejan de ser sencillos! Por eso en cinemática, la física de los movimientos trabaja con varios sistemas de coordenadas. Entonces en cada sistema de coordenadas oriento los ejes de tal forma que los cálculos resulten lo mas sencillos posibles. Tomemos como ejemplo si definimos un sistema de coordenadas auxiliar de la siguiente forma:

"X": La orientación es a lo largo del palo de la vela mayor. Si el velero está estático, entonces esto tendrá la misma orientación que el otro sistema de coordenadas que tiene su orientación paralelo al eje central del casco! Asumamos que el palo de la vela mayor gire por un ángulo de 45°. Entonces el sistema de coordenadas auxiliar no es impactado, pero la dirección de su eje "X" varía por 45°!

"Y": Independientemente de otros cambios de orientación del velero, el eje "Y" igualmente habrá girado por 45° en este caso, pues tiene que quedar orthogonal al eje "X" del sistema de coordenadas auxiliar.

"Z": el eje "Z" puramente por el giro del palo no cambiará su orientación! pero si el casco se inclina por 45°, entonces el eje del sistema de coordenadas auxiliar también tiene que girar por 45°, pues tiene que tener una orientación orthogonal al plano que forman los ejes "X" e "Y" del sistema de coordenadas auxiliar.

Porqué todo esto? Pues el calcular las direcciones dentro del sistema de coordenadas auxiliar queda independiente de como el casco cambie de orientación! eso facilita los cálculos, pero para aplicar sus resultados al velero en general, hay que calcular la orientación en relación al eje de coordenadas original, llamado de referencia!



Este "Flow Char" muestra los 6 bloques del aparejo, las flechas con los globos morados representan la escota!





Me gusta utilizar este "Flow Chart" que representa un sistema mecánico, pues muestra de forma compacta todos los elementos que contiene un "Flow Chart" en su presentación visual!AdemásAdemas da un ejemplo de como en tal "Flow Chart" en la física de sistemas se representan en la mecánica traslacional, por decirlo con otras palabras la mecánica sin movimientos rotativos!



El flow chart, en combinación con esta tabla, permite explicar algo mas el asunto! En la física de sistemas se aplica la misma metodología proveniente de la ciencia de sistemas dinámicos complejos, "SD" esta como abreviación de "System Dynamic". Uno de los logros impresionantes que resultan puramente por mirar la física tal cual es enseñada para un "Bachelor" de física, es que las mismas relaciones se encuentran en todos los campos de la física, sea mecánica, termodinámica, química, electricidad/magnetismo, etcétera. Como ya he descrito en otras partes del hilo, la ciencia de los sistemas dinámicos complejos describe tales sistemas usando la herramienta del recipiente, donde una de las 7 magnitudes listadas en la tabla es contabilizada. La contabilidad lleva el contenido del recipiente a razón de lo que fluye hacia el y lo que fluye desde el contenido el recipiente. Eso es lo que en el flow chart aparece en un marco rojo, donde se lleva el balance del contenido de Momentum "p". Pueden ver que es necesario llevar la contabilidad por separado los momentum en las 3 direcciones de las coordenadas, Px, Py y Pz!

Tambien les quiero indicar lo que aparece en el renglón de "Momentum angular"! Este contabiliza los movimientos rotativos alrededor de esos mismos 3 ejes de las coordenadas! Ya ven que para llevar los cálculos del aparejo ya son 6 ecuaciones las que describen los 6 movimientos posibles. 3 Traslacionales y 3 rotativos!

Una magnitud no dice nada si no se describe con su entorno! Esto es lo que aparece en la cuarta columna de la tabla! Tomemos un ejemplo sencillo mecánico que todos conocemos! Una piedra se encuentra sobre una mesa a digamos 80 cm de altura sobre el nivel del suelo! En ese momento la energía potencial de la piedra sometida a la fuerza de gravitación es de cierto valor. Si la piedra se cae al suelo, entonces en el momento de encontrarse en el suelo a perdido parte de su energía potential, pues se encuentra 80 cm mas abajo! Esa energía se ha transformado en energía cinética. Así la masa de la piedra sometida al compo de gravitación recién entonces tiene una cierta energía potencial que al caerse la piedra al suelo por estar sometida al campo gravitacional, transforma parte de esa energía potencial que tiene dentro del campo gravitacional de la tierra en un nivel de energía potencial menor y la diferencia en energía cinética. si volvemos al flow chart que he tomado como ejemplo, esto es representado dentro del marco verde y representa el balance energético!

El marco negro en ese gráfico del flow chart representa la cinemática. Eso representa el momentum, pues la ecuación:

p (Momentum) = m (masa) * v (velocidad)

La piedra cuando resta sobre la mesa solo tiene energía potencial, porque? Porque para tener un momentum requiere una velocidad. Si la velocidad es "0", entonces el Momentum p = 0 también! Cuando la piedra en el momento de impacta en el suelo, entonces aquella energía potencial latente en la piedra sobre la mesa en parte se convierte en Momentum, que es equivalente al producto de la masa de la piedra y su velocidad en el momento de impactar el suelo! Ya cuanda la piedra resta sobre el suelo la velocidad = 0, el momentum para donde se fue?. La energía cinética, para donde se fue? Allí es donde hay que meterse en detalles que no los quiero aburrir aquí!



Como asumo que esa piedra impacta sobre el suelo y queda descansando allí, es lo que se llama una colisión inelástica, y que es representada en ese diagrama de fluidos que presento. Recuerden que independientemente del tipo de evento físico que tratemos, la física de sistemas ha descubierto la equivalencia de las relaciones! Por eso el diagrama de fluidos es un método gráfico que se usa en la física de sistemas pues facilita visualizar sistemas de forma facil de captar! En eso de ser facil de captar es en lo que estoy metido actualmente! Ojalá pronto reciba un libro que he comprado y que explica a nivel de bachillerato la física de sistemas!

[luis0027]

Sincetament creo que usted ha perdido el norte con tanta teoria. Usted se cree que los miembros foreros somos inferiores a usted por ser mas escuetos y no se da cuenta que se le ve mucho el plumero vamos que copia el contenido de libros de ingenieria sin pensarlo. Llevo 20 anos construyendo barcos.. y usted lo quiere hacer tan perfecto que al final la va a cagar como una abubilla.
Es mi modesta opinion a tanta soberbia.

[Hellmut1956]

Hola Luis, primero lamento que tengas la impresión que considero a los foreros inferiores a mi! Sería bueno si me pudieras explicar a que se debe tal impresión, pues nada me es mas ajeno. Siempre, cuando escribo por ejemplo como voy combatiendo mi intimidación por las matemáticas que requiere ar la metodología del diseño por modelación, estoy describiendo como yo mismo combato tal intimidación!

El modelismo naval es una afición que nos puede exponer a mas tecnologías que probablemente la mayoría de otras aficiones, por la diversidad de aplicaciones y la diversidad de naves que existe. Si leo por ejemplo el como se ha construido el Hebrides completamente de metal, experimento mis mas altos respetos por tal maestría. Yo, por razones que basan en mi carrera profesional, tengo una afinidad a las tecnologías como lo son la electrónica y desde hace año y medio esta metodología del diseño por modelación! Pero por meterme en esas materias por definición, como ya lo he escrito varias veces, solo soy aprendiz! Así en mis hilos solo quiero ofrecer la posibilidad de compartir con Ustedes los vaivenes a los que me expongo en esos esfuerzos. Si honestamente peco de egoísmo en ello también! He hecho la experiencia que no hay forma mas efectiva de aprender que tratar de explicar algo que se está aprendiendo!

Pero no sería completa mi respuesta sin confesar que el dedicarme a estos estudios, el aprender las cosas que se requieren en ese contexto me dan un enorme placer. Tal es eso, que cuando salgo a pasear por el campo con nuestro perro no dejo de reflexionar sobre lo que estoy tratando en ese momento!

Permíteme finalmente también responder a lo que me dices de perder el norte y de querer hacer algo tan perfecto que al final no logro nada, creo que eso es lo que escribes! es y siempre ha sido mi objetivo, no el completar el modelo que construyo, sino el usar el proyecto de la construcción de este modelo como línea roja que me lleva al encuentro con todas estas tecnologías. Llevo mas de 10 años dedicado a este proyecto. Si les mi paso a paso aquí en el foro, veras que en un principio el proyecto constituía técnicas mas convencionales y a razón de ello se ha desarrollado mi taller con todo lo que describo de el en el hilo correspondiente.

Pero también cuando me empecé a dedicar a incluir la electrónica en ese proyecto mi intención de compartir me llevó a presentar el curso de la tarjeta experimental, tutorial que solo traducí del alemán y para el cual traté a lo mejor de mis capacidades de apoyar a aquellos que embarcaron en el. Cuando ciertos miembros de este foro me empezaron a atacar de forma personal por no querer apoyar mas que aquel curso de aprendizaje, el motivo fue y es que nunca tenía la intención de apoyar el desarrollo de placas que implementaran cierta función. Otros lo han hecho y con ciertos resultados. Pero solo aquel que realmente tomó el esfuerzo de completar ese tutorial hoy demuestra la creatividad por no ver en circuitos electrónicos una caja negra! Mi intención, tal cual lo presenté entonces es, fue y será el continuar mis investigaciones.

Ahora Luis permíteme corregir tu impresión que el objetivo de mi diseño por modelación es la intención de lograr resultados perfectos! Nunca existieron resultados perfectos en la tecnología, ni nunca existirán! La razón es que el desarrollo tecnológico crea avances en múltiples campos los que así como resultado cambian los objetivos de lo que es una solución adecuada! En mi caso del diseño del sistema de control de escotas, mi objetivo es el implementar tal sistema que pueda desplazar escota por 8400 mm, requerimiento para poder implementar el aparejo tal cual lo tenía el velero Endeavour! Varios expertos, con las mejores intenciones de apoyarme, me indicaron que esto es imposible en un modelo a escala 1:20, porque la fricción entre la escota y los discos de los bloques bloquea la escota rindiendo el velero inoperable! Por otro lado mis investigaciones y trabajos en el diseño de mi concepto del control de escotas sacó a la luz un alto número de parámetros y que estos tienen implicaciones complejas.

Persiguiendo el objetivo del diseño por modelación y como primera parte de los objetivos a realizar, el diseño del aparejo, ya ha mostrado que la fricción entre la escota y los discos es influenciada por un buen número de parámetros que tienen influencia de como diseño las partes del aparejo. La modelación y la simulación me van a crear gráficos que muestran como cada uno de esos parámetros tiene influencia en la fricción y de como me será posible reducir la velocidad mínima requerida del viento para que así la vela se pueda abrir! es un resultado posible, que la fricción realmente sea tan excesiva, que la velocidad mínima del viento requerida haga la solución pensada imposible de usar! En ese caso lo sabré antes de haber implementado el sistema.

Pero ya en ese proceso de investigación y de reflexión se me están ocurriendo posibilidades de como poder apoyar la vela en sobreponerse a esa fricción!

Son estas reflexiones y los estudios de las materias requeridas que me dan una tremenda satisfacción! Mi pregunta a ti Luis personalmente: Es tan despectivo el experimentar tales satisfacciones al aplicar métodos inusuales a nuestra afición? Eso realmente justifica el pensar que me considero mas válido que otros foristas aficionados al modelismo naval? o al revés de pensar que otros foristas con otros objetivos sean menos válidos? Repito, aquí en este foro dedicado al modelismo naval hay un sin número de ejemplos de maestría, cuando lo que yo persigo solo lo hago como aprendiz!

[luis0027]

Seguramente tienes toda la razon hablo desde el desconocimiento tecnologico. Vamos soy un cateto digital. Lo que ayer escribi es lo que piensan algunos foreros con lo que tuve trato. Tienes toda la razon, usas una tecnologia tan avanzada que esta fuera de la comprension de una persona normal y me incluyo


Recibe un cordial saludo.

[Hellmut1956]

Gracias Luis, aprecio tu honrada y honesta respuesta! Como lo he escrito cuando he sido atacado de forma personal y ofensiva por ciertos individuos en este foro, lo que escribe cada forista dice mas sobre si mismo que lo que pueda decir de otro! Me he tomada la actitud de admirar el valor de tales individuos de presentar sus personas de la forma como lo hacen. Tu Luis eres un ejemplo positivo!

Respeto y eso es lo bueno de los foros en Internet. No hay obligación de leer hilo alguno! Si a alguien un hilo no les parece interesante a el mismo, pues bien que no lo lea! Yo, ante la riqueza de informaciones ofrecida aquí en el foro obligadamente me he tenido que limitar a solo leer con lo que puedo y a ignorar muchos subforos e hilos, no por considerarlos malos, sino porque simplemente no tengo ni el tiempo ni un interés personal en las materias tratadas allí! Lo que si me siento obligado, es ha responder de forma honesta y respetuosa a todo aquel que comente una de mis contribuciones!

Tomando en consideración lo escrito, quiero recalcar que los temas que estudio y persigo realmente no son mas complicados y esotéricos y que ni de cerca requieren la maestría que se refleja en muchos de los hilos aquí en el foro! Eso sí, por mi tendencia al perfeccionismo, trato de adquirir los conocimientos amplios para así poder simplificar el uso de los métodos que voy conociendo. La tarjeta experimental es un ejemplo pasado, el diseño por modelación es el ejemplo actual! Creo que una vez que adquiera la capacidad de aplicar el método del diseño por modelación me será posible encontrar la forma de hacer un tutorial que facilite su uso, tal cual lo he hecho por ejemplo con el tutorial sobre motores de paso! Lo que si quiero lograr es, una vez que mi concepto del control de escotas ha sido realizado, permitir su uso adaptándose la software a cualquier tipo y tamaño de velero con solo entrar ciertos parámetros simples de medir en cualquier velero!