Modelado de histéresis ferromagnética

PATRICIO IRIBARNE CATELLA; JOSEFINA MARÍA SILVEYRA; JUAN MANUEL CONDE GARRIDO

Congreso; 49° Jornadas Argentinas de Informática; 2020

En los procesos de diseño de dispositivos tecnológicos, es precisopoder modelar, de manera simple pero precisa, el comportamiento físico de suscomponentes. Los materiales ferromagnéticos, presentes en transformadores,motores eléctricos y sensores inductivos, tienen el desafío de ser no lineales ehisteréticos.Entre los modelos de histéresis magnética más conocidos, se encuentra el modelode Jiles-Atherton. A diferencia de otros modelos, tales como el de Preisach,el modelo de Jiles-Atherton tiene: fundamentos físicos, una ecuación diferencialordinaria relativamente simple y un menor costo computacional. Es porello que está siendo integrado por paquetes modernos de software de simulaciónde circuitos (SPICE) y de elementos finitos (ej.: Comsol Multiphysics).Pero una barrera que sigue limitando su uso: no existe aún un programa quepermita fácilmente: 1) ajustar los parámetros del modelo (tarea no trivial por serun problema de optimización con mínimos locales), 2) simular curvas de histéresispara un dado material sometido a un campo determinado. Para saldar estabrecha, desarrollamos una aplicación libre, con código abierto y multiplataforma.A continuación, describimos brevemente su arquitectura y diseño.Se desarrollaron dos algoritmos de naturaleza biológica y no determinísticapara la optimización no lineal de los 5 parámetros del modelo: Genetic Algorithmy Differential Evolution. En ellos, se tienen diferentes individuos que pertenecena una población (para una determinada iteración), de la cual se seleccionanlos mejores para formar la próxima solución.La aplicación posee una arquitectura cliente-servidor. El cliente es una interfazpor línea de comandos o gráfica (opcional), mientras que el servidor, poseemúltiples workers que reciben por medio de message queues las peticiones delcliente de simular distintas curvas de histéresis con distintos parámetros.El diseño del software implementado sigue la técnica de diseño ArquitecturaHexagonal en capas: Presentación, con funcionalidades de cara al usuario (capturade parámetros y archivos de configuración, reporte de resultados gráficos yexportado de archivos en texto plano); Aplicación, donde se transforman los datosde entrada (para que las entidades del modelo de dominio reciban objetosque no dependen del formato de los archivos de input); Core, con los procesosde simulación y ajuste del modelo (sin tener conocimiento de otros conceptoscomo lo son la parte de I/O, UI o del Sistema Operativo). Para aumentar la velocidadde ejecución, el proceso de ajuste fue paralelizado con múltiples workers.La cantidad de workers que se utilizan en cada ejecución es variable y dependetanto del comando que se ejecute, simulación o ajuste, como de la cantidadde núcleos del sistema.