Una perspectiva distinta de simulación

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Aún recuerdo mi primer encuentro con la plataforma de Ansys para la simulación de circuitos electrónicos (tal vez porque no fue hace mucho) y recuerdo esa gran sensación intimidante de incertidumbre al ver la gran cantidad de solvers y configuraciones posibles para obtener un resultado. Y en los siguientes párrafos voy a intentar describir lo que con la experiencia he ido entendiendo.

El primer error que cometí al iniciar a usar estos softwares fue tratar de compararlos con Altium o alguno de esos softwares de simulación y diseño de PCB. Mi recomendación: evitar hacer esto en la medida de lo posible. No son iguales, el objetivo es diferente y es fácil llegar a perderse si se comparan constantemente.

Para comenzar necesitamos entender el tipo de simuladores que nos brinda Ansys Electronics Desktop y su objetivo.

Una perspectiva distinta de simulación

Tenemos las simulaciones a las que voy a llamar simulaciones a nivel sistema que parten simplemente de un esquemático y sus resultados son comúnmente representados por distintos tipos de gráficas. Por otro lado, tenemos las simulaciones en 3D, este tipo de simulaciones como lo dice su nombre parten de un modelo CAD en 3D y el resultado comúnmente viene dado en la escala de colores característica de Ansys.

En las simulaciones a nivel sistema tenemos dos principales representantes con objetivos distintos. Circuit está específicamente pensado para simulaciones de circuitos. Acoples de impedancias, análisis armónicos hasta integridad de señales y tiene muchas herramientas que nos ayudan a analizar todo este tipo de fenómenos. Twin Builder (TB) por otro lado, a pesar de también tener una librería de componentes eléctricos, el objetivo es diferente. En TB no solo se utilizan circuitos, también se utilizan componentes mecánicos, hidráulicos, neumáticos, magnéticos, etc. Esto se debe a que la intención de TB es hacer análisis de sistemas completos, independientemente de la física de la que se trate. 

Si se puede describir como una función de transferencia, espacio de estados  o como un modelo simplificado, en teoría Twin Builder puede incluirlo en una simulación.

Una perspectiva distinta de simulación

Por su lado, en las simulaciones en 3D, nuestro objetivo está centrado en hacer una simulación a nivel componente y todo lo que comprende el diseño del mismo. Es por esto que estas herramientas al ser utilizadas a manera de complementos se convierten en un gran simulador muy poderoso.

Una perspectiva distinta de simulación

A manera de ejemplo, si lo que estoy tratando de simular es una fuente conmutada primero sería pertinente usar las condiciones de diseño y utilizar Maxwell y PExprt para evaluar el inductor y su núcleo. Una vez que las condiciones eléctricas y magnéticas sean correctas proceder a usar ese inductor previamente diseñado en una simulación a nivel sistema en Twin Builder. Es decir, en TB someterlo a la excitación para la que se diseñó y controlar la conmutación del semiconductor. La técnica con la que podemos hacer esto es por medio de los modelos de orden reducido o ROM.

La idea de estas ROM es poder caracterizar el elemento en cuestión y generar un modelo predictivo que en fracciones (hasta 1/1000) del tiempo que tomaría hacer una simulación en 3D se pueda simular el mismo elemento con niveles de error muy pequeños (<1%). Esto normalmente es fácilmente alcanzable por medio de una función de transferencia. Sin embargo, a medida que el elemento de estudio va aumentando el número de entradas y salidas y/o no linealidades, obtener una función de transferencia adecuada se va tornando en una tarea cada vez más complicada.

Es por eso que estas metodologías de reducción de orden  se vuelven importantes ya que cuando se generan estos modelos se pueden incluir estas no linealidades de forma implícita o explícita dependiendo el método que se use para generar la ROM en cuestión.

Por medio de esta metodología, se vuelve difícil pensar en todas las posibilidades de simulación que se abren. Pensar en simular sistemas altamente complejos como un carro o un avión se convierte en una posibilidad muy tangible, y personalmente, es muy emocionante.

M.C. Einar Alam Monroy Sahade Ingeniero de Aplicación Grupo SSC

2 comentarios

  1. luis.edom.kaplan@gmail.com'
    luis eduardo garcia

    Disculpe, por lo que voy a escribir y a preguntar: ¿Para que sirve una simulación? ¿No encuentro aplicación alguna? Yo no he logrado ver la influencia de los resultados en cambios de diseño de un equipo, proceso o sistema. Ahora, yo considero que si no hay una conceptualización objetiva del fenómeno, proceso o necesidad: es como tener una guitarra de oro, con joyas incrustadas y cuerdas de metal precioso que nunca va a ser usada ni percibida. ¿Que conocimiento genera la simulación? o solo es una película de fantasía que encasilla la inteligencia ?

  2. Felicidades, excelente Blog!

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