Capítulo 3
Linealización

Como las ecuaciones algebraicas (y algebraico-diferenciales) no lineales son “difíciles” de resolver (tanto analíticamente como numéricamente), en la base de muchas metodologías en matemáticas e ingeniería está la aproximación “local” a una función lineal, que resulta mucho más fácil de manejar tanto numéricamente como teóricamente. Este capítulo discute esas ideas.

3.1 Funciones de una variable

[80: lint1Linealización de funciones de una variable (recta tangente) * PIC 10:57

[81: lint2Linealización de funciones de 1 variable (II): serie de Taylor, discusión, conclusiones * PIC 12:18

[82: linsisomlLinealizacion de funciones de 1 variable: ejemplo Matlab (Symbolic Toolbox) ** PIC 12:40

3.2 Aproximación de funciones de varias variables

[83: lint3Linealización (III): caso multivariable (subespacio tangente) ***** PIC 10:49

[84: linmiso1Linealización de función de 2 variables; ejemplo Matlab (symbolic toolbox + revisión teórica Taylor) ** PIC 16:54 *Link to English version

[85: linmiso2Linealización de función de 2 variables; ejemplo Matlab, análisis error de linealización y Hessiano *** PIC 09:20 *Link to English version

3.2.1 Ecuaciones de sistemas dinámicos (linealización de EDO)

[86: lintdinLinealización (IV): sistemas dinámicos (ecuaciones algebraico-diferenciales) ** PIC 10:34

3.3 Ejemplos adicionales

[87: lin1Simulación y linealización modelo calentamiento por radiación (ejemplo Matlab ode45) ** PIC 27:01

Sistemas mecánicos

[88: mod2massModelado y linealización de un sistema no lineal de dos masas y dos muelles (Matlab) ** PIC 08:19

[89: tiovl1Dinámica lateral tiovivo (3): linealización (modelo no normalizado) *** PIC 16:52

[90: tiovl2Dinámica lateral tiovivo (4): linealización a partir de ecuación de estado normalizada no lineal *** PIC 07:31

[91: tiovl3Dinámica lateral tiovivo (5): linealización de ecuación de estado con “jacobian”, forma Ax+Bu *** PIC 10:00

[92: tiovl4Dinámica lateral tiovivo (6): comparativa modelo aproximado linealizado versus no lineal (ode45) *** PIC 10:57

[93: tiovl5Dinámica lateral tiovivo (7): linealización por cambio de variable (discusión conceptual) *** PIC 07:49

La linealización de un modelo de aeronave simplificado se aborda en el vídeo [ fugeqlin(19:30)].

Procesos de calentamiento/mezclado en ingeniería química

[94: term1linTanque de calentamiento de líquido de primer orden: linealización y análisis de propiedades ** PIC 14:11

[95: linmixLinealización de un modelo tanque de mezclado, simulación comparada con original (ode45, Matlab) ** PIC 10:55

[96: linmixqsModelado, Linealización y Simulación de tanque de mezclado con 3 entradas (Matlab) *** PIC 09:45

[97: slkmixLinLinealización de modelos Simulink: ejemplo tanque de mezclado *** PIC 08:44

Nota: En la Sección 29.3 se generaliza la linealización de un sistema alrededor de un equilibrio constante al caso de linealizar alrededor de una trayectoria de referencia de entradas y salidas. El resultado es un sistema lineal variante en el tiempo, cuyo análisis, obviamente, reviste mayor complejidad. Esta es la razón por la que dicha linealización ha sido considerada en los capítulos finales que abordan temas más complejos. PIC

3.4 Autoevaluación

  1. ¿Cuál es la motivación principal para linealizar una función no lineal?

  2. ¿Qué condición debe cumplir una función para ser considerada lineal formalmente?

  3. ¿Cómo se representa geométricamente una función lineal de una variable?

  4. ¿Qué concepto geométrico se utiliza para aproximar una función no lineal mediante una función lineal en la linealización?

  5. ¿Qué representa la derivada de una función en un punto dado en el contexto de la linealización?

  6. En la ecuación de la recta tangente (y y0) = m(x x0), ¿qué representa la variable ”m”?

  7. ¿Cómo se expresa la linealización de una función en variables incrementales?

  8. ¿De qué depende la elección del punto de linealización en la práctica?

  9. ¿Cómo se calcula la pendiente de la recta tangente en un punto dado de una función?

  10. ¿Qué representa la serie de Taylor en el contexto de la linealización?

  11. ¿Qué es el método de Newton y cómo se relaciona con la linealización?

  12. ¿Qué es la matriz jacobiana y cómo se utiliza en la linealización de funciones multivariables?

  13. ¿Qué significa trabajar con ”coordenadas incrementales” al linealizar una función?

  14. ¿Qué es un punto de equilibrio en un sistema dinámico?

  15. ¿Cuál es la importancia del punto de equilibrio al linealizar un sistema dinámico?

  16. Explica el concepto de ”representación interna normalizada” en un modelo linealizado y su expresión.

  17. ¿Por qué es importante no confundir linealización con otros conceptos como regresión lineal o acotación lineal?