Consejos de utilización: el filtro CASMA de PMX

Breve descripción

Estas instrucciones describen cómo utilizar un filtro especial para promediar una señal de par con ruido.
El filtro CASMA (Crank Angle Sampled Moving Average) trabaja con sincronización angular y es independiente del tiempo, lo cual le permite reaccionar ante cambios en la velocidad de rotación (rpm). El amplificador PMX dispone de un canal de cálculo específico para esta función. A partir de un ejemplo sencillo, se muestra el uso de un filtro CASMA con un transductor de par T40B montado en un motor de 5 cilindros.

Fundamentos básicos

El par que genera un motor tiene un comportamiento altamente dinámico, debido a los ciclos de compresión y expansión de los cilindros individuales, y a las correspondientes fluctuaciones en la combustión. Estas variaciones son sistémicas y pueden afectar sensiblemente a los resultados de medición.

El filtro CASMA elimina las perturbaciones periódicas que están sincronizadas con la rotación de un eje. Para ello lleva a cabo una promediación móvil. Este filtro no trabaja de forma sincronizada con el tiempo, como es habitual en los filtros, sino que actúa en función de la rotación del eje. Por ello, el efecto del filtro no depende de la velocidad de rotación.

El periodo de cálculo del filtro es proporcional a la velocidad de rotación. Cuando la rotación se detiene, el filtro deja de actuar.

El filtro CASMA

Creación de un canal de cálculo en PMX

Lo primero que hay que hacer es crear un nuevo canal de cálculo, denominado “rotation synchronous filter”, en la categoría “Analysis”.

Ajuste de parámetros

  • Entrada del filtro: indique la señal que desea filtrar.
  • Entrada del ángulo del eje:indique la señal del ángulo del sensor de rotación. Los valores medidos deben estar comprendidos entre 0° y 360°.
  • Anchura de la ventana: especifique el intervalo de cálculo del promedio móvil. La anchura debe estar comprendida entre 30° y 720°. El valor de ajuste por defecto es 180°. El cociente entre la anchura de la ventana y la resolución debe ser, como mínimo, 180.

La anchura de la ventana se puede determinar experimentalmente de forma sencilla proyectando el periodo de tiempo de la perturbación con respecto al ángulo de rotación (ver captura de pantalla). En el ejemplo, existe una perturbación periódica cada 720°.

  • Velocidad mínima: se trata de una velocidad de rotación virtual que se aplica cuando la velocidad de rotación activa es inferior a la velocidad de rotación definida.
  • Resolución: este valor determina con qué frecuencia (es decir, cada cuántos grados) se calcula un nuevo promedio. La velocidad de rotación máxima admisible depende de este valor, puesto que la velocidad de cálculo viene dada por esta frecuencia de actualización general.

El valor teórico se obtiene de la fórmula: Velocidad de rotación máxima = resolución x Frecuencia de actualización / 6.

Por razones prácticas, no deben utilizarse valores superiores al 10-20% de esta velocidad de rotación máxima que teóricamente es posible.

Resolución

Velocidad de rotación máxima teórica para una frecuencia de actualización de 19.200 Hz

Velocidad de rotación máxima teórica para una frecuencia de actualización de 38.400 Hz

3200 rpm

6400 rpm

6400 rpm

12,800 rpm

12.800 rpm

25.600 rpm

19.200 rpm

38.400 rpm

25.600 rpm

51.200 rpm

Los siguientes múltiplos de la velocidad de rotación se suprimen en función de la anchura de la ventana:

Anchura de la ventana

Múltiplos

90°

4, 8, 12, …

120°

3, 6, 9, …

180°

2, 4, 6, …

360°

1, 2, 3, …

720°

0, 5, 1, 1, 5, …


Nota: Si una de las fuentes de señal no es válida, la señal de salida tampoco será válida.

El filtro CASMA en acción

En el diagrama de más abajo se presenta en rojo la señal de par sin filtrar. La señal filtrada mediante el filtro CASMA se presenta en verde.
Se aprecia claramente que el filtro CASMA produce una excelente estabilización de la medida de par, en correlación con la velocidad del motor, que también varía a lo largo del tiempo. Cuanto mayor es la amplitud del filtro, mejores son los resultados.

Ejemplo

En este breve ejemplo, PMX se utiliza para analizar la potencia P [W], la velocidad de rotación [1/s] y la aceleración [1/s²], además del par M [Nm] y el correspondiente filtro CASMA. Para ello, se generan los canales de cálculo que se muestran en la captura de pantalla de más abajo. Las señales se presentan en el software catman.

Cálculos:

Potencia:

Velocidad angular:

 

Aceleración angular:

Importante: en todos los cálculos, la velocidad de rotación n debe convertirse de revoluciones por minuto a revoluciones por segundo; es decir, hay que dividirla por 60.

Canales

A continuación se indican todos los canales que se representan gráficamente en catman. Los colores que figuran entre paréntesis son los de las curvas. Las señales corresponden a los canales siguientes:
Par M (rojo):

  • Directamente del canal de medición de PX460

Filtro CASMA (verde):

  • Ya se ha explicado en detalle

Potencia P (amarillo):

  • Divisor (velocidad de rotación n / 60), revoluciones por segundo
  • Señal constante  (2 x pi)
  • Multiplicador (M x n [1/s] x 2 x pi]

Velocidad de rotación, n (naranja):

  • Directamente del canal de medición de PX460

Aceleración angular (azul):

  • El multiplicador (2 x pi x n [1/s]) da como resultado la velocidad angular ω
  • Diferenciador (ω)

Descargo de responsabilidad

Los ejemplos se facilitan a efectos meramente indicativos, por lo que no constituyen garantía alguna ni pueden servir como base para reclamación de ningún tipo.

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