Suggerimenti e consigli per l'uso del filtro CASMA nelle misurazioni della coppia

Nelle prove dei motori a combustione il segnale di coppia denota un comportamento dinamico. Il motivo è da ricercare nelle vibrazioni e oscillazioni provocate dai cicli di lavoro di ciascun singolo cilindro. Questi componenti della coppia, dinamici e con oscillazione periodica, si sovrappongono all'effettiva misurazione della coppia.

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 di velocità. Questo filtro non lavora in modo sincrono con il tempo, ma con l'angolo.

In questo articolo apprenderete come applicare il filtro CASMA ai sistemi di condizionamento del segnale HBM, TIM-PN, TIM-EC e PMX.

Filtraggio del segnale di coppia

Funzionamento di un filtro CASMA

Nelle prove dei motori a combustione il segnale di coppia denota un comportamento dinamico. Il motivo è da ricercare nelle vibrazioni e oscillazioni provocate dai cicli di lavoro di ciascun singolo cilindro. Questi componenti della coppia, dinamici e con oscillazione periodica, si sovrappongono all'effettiva misurazione della coppia.

 

Sincronismo angolare

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 di velocità.

Come usare il filtro CASMA in TIM-PN e TIM-EC

Interfaccia web

I moduli interfaccia coppia TIM-EC e TIM-PIN offrono un web server integrato. In questo software basato su browser potrete effettuare tutte le impostazioni necessarie per usare il filtro CASMA.

I parametri di filtraggio necessari vengono immessi tramite la pagina HTML e sottoposti a verifica di plausibilità. Il punto d'ingresso del filtro CASMA è integrato nel menu "Units and filters" (Unità e filtri).

 

 

Caratteristiche del filtro CASMA

Caratteristica di parametrizzazione

Caratteristica di parametrizzazione Funzione
Angle divider (Divisore angolo) Riduce la risoluzione angolare, consentendo di raggiungere velocità rotazionali più elevate nella stessa ampiezza dell'angolo
Angle range (Ampiezza dell'angolo - gradi) Ampiezza dell'angolo (ampiezza finestra) nella quale agisce la media mobile
Pseudo speed (Pseudo velocità - giri/min.) Dopo la velocità in giri/min., sono generati pseudo impulsi o una pseudo velocità. In caso contrario, il filtro smetterebbe di funzionare e il valore misurato si congelerebbe.

 

Funzione Area informazioni

Funzione Area informazioni Funzione
Velocità di rotazione massima (giri/min.) Gli impulsi dell'angolo devono essere inferiori alla frequenza di campionamento della misurazione della coppia. In caso contrario, la media sarebbe formata dallo stesso valore misurato.
Impulsi per giro Si ottiene dal numero di incrementi e dall'analisi. Con l'analisi attiva della quadratura, la risoluzione angolare è quadruplicata
Risoluzione angolare in gradi Si calcola dal numero di impulsi per giro e dal divisore
Numero di valori medi Calcola il numero di valori misurati usati per formare la media mobile

 

 

How to use the CASMA filter with PMX

Creare un canale di calcolo

Creare un nuovo canale di calcolo "filtro rotazione sincrono" nella categoria Analisi.

Regolare i parametri

  • Filter input (Ingresso filtro): Immettere qui il segnale da filtrare.
  • Shaft Angle Input (Ingresso angolo dell'albero): Immettere qui il segnale dell'angolo del sensore di rotazione. I valori misurati devono essere compresi tra 0° e 360°.
  • Window Width (Ampiezza finestra): Specificare l’intervallo di rilevamento della media mobile. L'ampiezza deve essere compresa tra 30° e 720°. L'impostazione di default è 180°. Il rapporto tra l'ampiezza finestra e la risoluzione deve essere inferiore a 180.

L'ampiezza della finestra può essere determinata facilmente in via sperimentale proiettando il tempo periodico sul disturbo dell'angolo di rotazione (v. schermata). In questo esempio, è presente un disturbo periodico ogni 720°.

  • Minimum Speed (Velocità minima): Questa velocità rotazionale virtuale si applica quando la velocità rotazionale attiva è inferiore alla velocità di rotazione minima definita.
  • Resolution (Risoluzione): Questo valore determina la frequenza (quanti gradi ogni volta) con cui sarà calcolata una nuova media. Si noti che la velocità rotazionale massima ammissibile dipende da questo valore perché la velocità di calcolo è determinata dalla frequenza di aggiornamento generale.

Il valore teorico si deduce da: massima velocità di rotazione = risoluzione * frequenza generale di aggiornamento / 6.

Per finalità pratiche si dovrebbero usare valori pari ad appena il 10 - 20% di questa velocità rotazionale massima possibile.

Risoluzione

La velocità rotazionale massima teorica a una frequenza generale di aggiornamento di 19.200 Hz

La velocità rotazionale massima teorica a una frequenza generale di aggiornamento di 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

 

I successivi multipli della velocità rotazionale sono eliminati a seconda dell'ampiezza della finestra:

Ampiezza 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, neppure il segnale di uscita sarà valido.

CASMA in azione

Segnale di coppia non filtrato (rosso), segnale di coppia filtrato con CASMA (verde).
Si può osservare chiaramente che il filtro CASMA raggiunge un'eccellente stabilizzazione delle misure della coppia in relazione alla velocità del motore, che cambia anche nel tempo. Quanto maggiore è la larghezza di questo filtro, tanto migliore sarà il risultato.

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)

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