Consejos y trucos sobre el uso de filtros CASMA en mediciones de par

En las pruebas de motores de combustión, las señales de par muestran un comportamiento dinámico. El motivo de ello son las vibraciones y oscilaciones originadas por los ciclos de trabajo de cada cilindro individual. Estos componentes de par dinámicos, con oscilaciones periódicas, se superponen al valor real de par.

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). Se trata de un filtro que no trabaja en el dominio temporal, sino que está sincronizado con el ángulo.

Este artículo explica cómo aplicar el filtro CASMA a los sistemas de acondicionamiento de señal TIM-PN, TIM-EC y PMX, de HBM. 

Filtrado de la señal de par

Filtros con sincronización temporal

Para garantizar un control fiable, es preciso filtrar o amortiguar la parte de la señal que introduce ruido. Los filtros más conocidos, como los de Bessel o Butterworth, trabajan con sincronización temporal y son de tipo paso bajo.

 

Filtros angulares

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).

Cómo utilizar el filtro CASMA en TIM-PN y TIM-EC

Interfaz web

Los módulos de interfaz de par TIM-EC y TIM-PN ofrecen un servidor web integrado. Se trata de un software basado en navegador, que permite realizar todos los ajustes necesarios para utilizar el filtro CASMA. 

Los parámetros de filtrado necesarios se introducen desde una página en HTML, y se lleva a cabo una comprobación de plausibilidad. El punto de entrada del filtro CASMA está integrado en el menú “Unidades y filtros”.

 

 

Ajustes de parametrización en la interfaz web

Características del filtro CASMA

Características de parametrización

Parámetro Función
Divisor de ángulo Reduce la resolución del ángulo, lo cual permite velocidades de giro más altas con una ventana de la misma anchura.
Divisor de ángulo (grados) Rango angular (ancho de ventana) al que se aplica el promedio móvil.
Pseudovelocidad (rpm) Aparte de la velocidad en rpm se generan pseudo impulsos o una pseudo velocidad. De lo contrario, el filtro dejaría de funcionar y el valor medido quedaría congelado.

 

Zona de información

Zona de información Función
Velocidad de giro máxima (rpm) Los impulsos angulares por segundo deben ser inferiores a la frecuencia de muestreo de la medición de par. De lo contrario, el promedio se calcularía a partir de un mismo valor medido.
Impulsos/revolución Se obtiene a partir del número de incrementos y del análisis. Con un análisis de cuadratura activo, la resolución angular se multiplica por cuatro.
Resolución angular en grados Se calcula a partir del número de impulsos por revolución y el divisor.
Número de valores promediados Calcula el número de valores medidos que se emplean para formar el promedio móvil.

Cómo utilizar el filtro CASMA con PMX

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 * 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)

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