Modelarea și Simularea Acționărilor Electrice

I. Modelarea şi simularea sistemelor

I.1. Modelarea sistemelor

Prin conceptul de sistem se înţelege un obiect fizic sau o colecţie de obiecte fizice care

interacţionează şi ale cărui (căror) proprietăţi intenţionăm să le studiem. O serie din aceste

proprietăţi pot fi investigate prin intermediul experienţelor efectuate asupra sistemelor. Această

manieră de studiu a caracterizat, pe parcursul timpului, dezvoltarea ştiinţelor naturii, în general.

Există totuşi anumite limitări, destul de severe, pentru cunoaşterea strict empirică, bazată numai

pe organizarea şi desfăşurarea experienţelor. Dacă ne referim numai la experienţele costisitoare din

punct de vedere financiar, sau la acelea ce comportă acţiuni, manevre periculoase, posibil

distructive, este suficient a ne crea o imagine elocventă privind limitările cunoaşterii strict empirice.

În fine, experienţele sunt imposibil de efectuat asupra unor sisteme care nu există încă, aflându-se

doar în faza de proiect şi necesitând analiza unor proprietăţi.

În toate situaţiile amintite anterior, când cunoaşterea bazată pe experienţe nu este posibilă,

pentru investigarea proprietăţilor unui sistem se face apel la un model al acestuia. În general

vorbind, modelul unui sistem ne permite să răspundem la întrebări legate de comportarea

sistemului, fără a trebui să efectuăm experienţe.

Cunoaşterea umană face apel la mai multe tipuri de modele, care vor fi trecute în revistă succint

în cele ce urmează.

Angrenarea individului în ansamblul social al vieţii cotidiene se realizează pe baza unor modele

mintale care oferă individului posibilitatea de interacţiune cu alţi indivizi (de exemplu, cunoaşterea

modului de a reacţiona a diferitor persoane, în anumite situaţii) sau pentru utilizarea unor obiecte

(de exemplu, cunoaşterea modului în care răspund la comenzi unele vehicule).

Comportarea unui sistem în diferite condiţii poate fi descrisă în cuvinte, cu ajutorul unui model

verbal (de exemplu, formularea unor principii de funcţionare a unui vehicul căruia i se aplică

anumite comenzi).

Trebuie remarcată distincţia dintre un model mintal şi unul verbal (de exemplu, o persoană

poate cunoaşte pentru sine modul de utilizare a unui vehicul, fără a formula în cuvinte principiile de

funcţionare pe care se bazează cunoaşterea proprie). Un model mintal poate fi transformat într-un

model verbal dacă informaţiile conţinute de către modelul mintal sunt exprimate sub formă de

unităţi sintactice coerente (propoziţii, fraze). Calitatea unui model mintal nu este automat transmisă

şi modelului verbal, în sensul că o serie de informaţii disponibile în modelul mintal nu se regăsesc

în cel verbal (de exemplu, o persoană ştie foarte bine să manevreze un vehicul, dar nu este capabilă

să furnizeze toate cunoştinţele sale sub forma unor principii de utilizare care să servească şi altor

persoane). Un model verbal poate fi formalizat sub forma unor reguli If, then sau If, then, else,

formalizare ce este exploatată în prezent de către diferite domenii ale inteligenţei artificiale.

Un alt tip de model îl constituie modelul fizic sau macheta, care îşi propune să reducă la o

anumită scară caracteristicile unui sistem dat (de exemplu, macheta unei clădiri, a unui vehicul etc).

Dezvoltarea, de-a lungul timpului, a ştiinţelor fizico-tehnice s-a bazat pe modelul matematic

care exprimă sub formă de relaţii matematice legăturile existente între diferite mărimi sau cantităţi

ce prezintă interes pentru funcţionarea sistemului (de exemplu, legile studiate de către anumite

domenii ale fizicii). Complexitatea unui model matematic este dictată, în general, de precizia dorită

în descrierea comportării sistemului, în sensul că un model simplu neglijează sau idealizează

anumite aspecte ale comportării.

În continuare se vor utiliza numai modele matematice, motiv pentru care se va renunţa frecvent

la atributul „matematice”, neexistând pericolul creării de confuzii în exprimare.

I.2 Simularea sistemelor

Modelul matematic al unui sistem poate fi exploatat prin intermediul unor prelucrări analitice

care conduc la formulări sau expresii noi (de exemplu, rezolvarea unor ecuaţii algebrice sau a unor

ecuaţii diferenţiale). Dar prelucrările analitice nu sunt întotdeauna posibile şi, în asemenea situaţii,

Modelarea şi simularea acţionărilor electrice

2

se apelează la metode specifice calculului numeric. Aceste metode sunt, în general, uşor de utilizat

într-unul din multiplele limbaje sau medii de programare disponibile, în prezent, pe diverse

calculatoare. Astfel, investigarea unor proprietăţi ale sistemului studiat revine la rezolvarea

numerică a unor probleme, procedeele de investigare de asemenea natură fiind referite în totalitatea

lor sub denumirea de analiză asistată de calculator. Dintre acestea un rol important este deţinut de

tehnicile de simulare numerică. Se precizează faptul că termenul „simulare” poate avea o

semnificaţie mai largă (de exemplu, simularea unor defecţiuni pe un anumit echipament) şi de aceea

s-a adăugat atributul „numerică”. Totuşi, în contextele unde nu există pericol de confuzii, se poate

renunţa la acest atribut, subînţelegându-se că activitatea de simulare se desfăşoară cu ajutorul

calculatorului.

Prin intermediul simulării numerice se pot desfăşura experienţe sau experimente de simulare

care nu necesită niciun fel de manipulare fizică a sistemului concret studiat. Astfel, experimentele

de simulare înlătură limitările experienţelor practice, cu acţiune nemijlocită asupra sistemului fizic,

despre care s-a vorbit anterior. Trebuie însă subliniat faptul că informaţiile furnizate de

experimentele de simulare depind de calitatea modelului matematic utilizat, adică de fidelitatea cu

care acest model surprinde elementele specifice comportării reale. Din acest motiv, problema

construcţiei unor modele performante, cât mai precise, deţine o poziţie cheie în dezvoltarea actuală

a ştiinţelor fizico-tehnice.