Consigli per l'uso del filtro PMX CASMA

Breve descrizione

Queste istruzioni descrivono come usare un filtro speciale per effettuare la media di segnali di coppia affetti da rumore.
Il filtro CASMA (Crank Angle Sampled Moving Average - Media Mobile del Campionamento dell'Angolo della Manovella) opera con sincronismo angolare ed è indipendente dal tempo, il che gli consente di rispondere automaticamente alle variazioni della velocità (giri / minuto). Il PMX dispone di un canale di calcolo specifico per questo scopo. Un semplice esempio mostra come usare il filtro CASMA con un torsiometro T40B montato su un motore a 5 cilindri.

Nozioni di base

La compressione / espansione dovuta alla corsa dei singoli cilindri del motore a combustione interna, provoca la corrispondente fluttuazione della combustione ed il motore genera una coppia con andamento altamente dinamico. Queste interferenze sono sistematiche e possono influenzare significativamente la misurazione della coppia.

Il filtro CASMA elimina le interferenze periodiche che sono sincrone alla rotazione dell'albero. Esso impiega una media mobile. Il filtro non opera in modo sincronizzato col tempo come usuale, ma in sincronia con la rotazione dell'albero, perciò l'effetto filtrante non dipende dalla velocità di rotazione.

Il periodo di calcolo del filtro è proporzionale alla velocità di rotazione. Quando la rotazione si arresta, anche il filtro cessa di operare. 

Il filtro CASMA

Creazione del canale di calcolo

Creare il nuovo canale di calcolo “rotation synchronous filter” nella categoria Analysis.

Aggiustamento dei parametri

  • Filter input (Ingresso filtro): Qui assegnare il segnale da filtrare.
  • Shaft Angle Input (Ingresso angolo dell'albero): Qui assegnare il segnale del sensore dell'angolo di rotazione. Il valore misurato deve essere compreso fra 0° e 360°.
  • Window Width (Larghezza finestra): Specificare il campo per calcolare la media mobile. L'ampiezza deve essere compresa fra 30° e 720°. L'impostazione presunta è 180°. Il rapporto fra la larghezza della finestra e la risoluzione deve essere inferiore a 180.

La larghezza della finestra è facilmente determinabile in modo sperimentale proiettando il tempo del periodo del disturbo sull'angolo di rotazione (vedere schermata). In questo esempio, il disturbo periodico capita ogni 720°.

  • Minimum Speed (Velocità minima): Viene applicata questa velocità rotazionale virtuale quando quella effettiva è inferiore alla minima velocità di rotazione specificata.
  • Resolution (Risoluzione): Questo valore determina la frequenza (quanti gradi ogni volta) con cui viene calcolata una nuova media. Notare che la massima velocità di rotazione ammessa dipende da questo valore, perché la velocità di calcolo è determinata dalla cadenza di aggiornamento generale.

Il valore teorico viene derivato da:
Massima velocità rotazionale = Risoluzione * cadenza di aggiornamento generale / 6.

Nella pratica si dovranno usare valori la cui entità sia compresa solo fra il 10 ed il 20 % di questa massima velocità rotazionale teorica ammessa. 

Risoluzione

Massima velocità rotazionale teorica alla cadenza di aggiornamento generale di 19.200 Hz

Massima velocità rotazionale teorica alla cadenza di aggiornamento generale di
 
38.400 Hz

3.200 giri/minuto

6.400 giri/minuto

6.400 giri/minuto

12.800 giri/minuto

12.800 giri/minuto

25.600 giri/minuto

19.200 giri/minuto

38.400 giri/minuto

25.600 giri/minuto

51.200 giri/minuto

A seconda della larghezza della finestra vengono soppressi i seguenti multipli della velocità rotazionale:

Larghezza finestra

Multipli

90°

4, 8, 12, …

120°

3, 6, 9, …

180°

2, 4, 6, …

360°

1, 2, 3, …

720°

0, 5, 1, 1, 5, …


Nota: Se uno dei segnali sorgente non è valido, anche il corrispondente segnale di uscita sarà non valido.

Il CASMA in azione

Segnale di coppia non filtrato (rosso), segnale di coppia filtrato usando il CASMA (verde).
Si nota chiaramente che con il filtro CASMA si ottiene l'eccellente stabilizzazione delle misurazioni della coppia in correlazione alla velocità del motore, la quale varia col trascorrere del tempo. Tanto maggiore è la larghezza di questo filtro, tanto migliori sono i risultati.

Esempio

In questo breve esempio, s'impiega il PMX per analizzare la potenza P [W], la velocità rotazionale n [1/s] e l'accelerazione [1/s²], oltre alla coppia M [Nm] ed al corrispondente filtro CASMA. Come mostra la schermata sottostante, per tale scopo sono stati creati dei canali di calcolo. I segnali sono visualizzati col software catman.

Calcoli:

Potenza:

Velocità angolare:

 

Accelerazione angolare:

Importante: In tutti i calcoli, la velocità rotazionale n deve essere convertita da giri al minuto a giri al secondo, cioè dividendola per 60.

Canali

Nella pagina seguente appaiono tutti i canali raffigurati graficamente in catman. I colori fra parentesi quadre sono quelli delle curve. I segnali appartengono ai seguenti canali:
Coppia M (rosso):

  • Direttamente dal canale di misura del PX460

Filtro CASMA (verde):

  • Già spiegato dettagliatamente

Potenza P (giallo):

  • Divisore (velocità rotazionale n / 60), giri al secondo
  • Segnale costante (2 * π)
  • Moltiplicatore (M * n [1/s] * 2 * π]

Velocità rotazionale n (arancione):

  • Direttamente dal canale di misura del PX460 

Accelerazione angolare (blu):

  • Moltiplicatore (2 * π * n [1/s]), fornisce la velocità angolare w
  • Differenziatore (w)

Nota legale

Questi esempi hanno scopo puramente illustrativo. Non possono pertanto essere usati come  base di qualsiasi diritto di garanzia o di responsabilità. 

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