Appunti riassuntivi di Meccatronica dei sistemi energetici

Acquisizione dati

tipo di informazione che si deve acquisire:

• livelle (es. temperatura)
• torque (es. impulso di pressione)
• frequenze (es. vibrazioni, suoni, spettrometri)
• stato logico (es. TTL di un encoder)

risoluzione orizzontale = velocità di registrazione dati, in Hz o campioni/s → cruciale per informazione di forma

risoluzione verticale → amplificazione o meno del segnale in ingresso, si basa quando il segnale su un: numero di livelli ottenendo una misura dell'errore rilevabile riferita tra un range di misura e un numero di livelli.

• grondante → potenziale comune tra il filo di segnale e ground dell’sistema elettrico
• fluttuante → nessuna relazione tra il filo del segnale e ground del sistema (ground su terra)
• differenziali → doppia andata e ritorno di filo con minor problema di ground-loop, minor sensibilità rumore

aliasing → se la frequenza di campionamento $f_{c}$ è minore di 2 volte il massimo contienuto in frequenza del segnale, vengono rilevate false (frequenze latenti = frequenze fantasma).

teorema di Nyquist → thales (basis, prox multiplica – samp $f_{s})$ → informazione in frequenza → non di forma

sincronicaità per acquisizione ad evento → descrive la capacità di ambientare fenomeni non ripetitivi (es: impulso) e diventa importante quando la frequenza di campionamento è superiore alla frequenza di presentazione o salvataggio dei dati. In questo caso il convertitore non deve operare senza continuita. Lavvatore il soft. di gestione, indicendo la massa dei dati a utilizzare, spesso nelle frequenze di campionamento sono elevate, si usa un valore di triggering

sincronicita (trigger) → capacità di fare l'acquisizione con l'evento → cruciale per informazione di forma, informazione su frequenza, informazione di stato logico (eventi impulsivi)

il trigger del sistema DAQ è dato del riconoscimento di evento, sospendendo il valore soglia e tensioni una assequenza versi di determinà il campamento delle memoria disponibile con degli precedenti stabiliti ('62). Il trigger poicede di segnale TTL, appare analogici.

Caratteristiche di sistemi di acquisizione

• Numero di A/D converters → determina la reale frequenza di acquisizione
• Numero di ingressi → dati archiviabili in memoria non volatili
• Funzioni accessorie → output analogico, contatori, linee digitali
• Comunicazione con strumenti esterni
• Eco dispositivo specifico (bridge)

Sistemi di acquisizione dati:

• Sistemi unaminali (costo e pesante)
• Sistemi basati su hardware dedicati (oscilloscopi, analizzatori di spettro, data logger)
• Caratteristiche di elevati prestazioni specifiche, ridotta versatilità, ridotta capacità di elaborazione e archiviazione dei dati
• Sistemi basati su hardware e PC
• (strumenti e virtuali, costituiti da schede multifunzione o specifiche abbinate ad un software)
• Software di configurazione
• Caratterizzati da prestazioni specifiche ridotte, elevata versatilità, elevata versatilità di elaborazione

strategie di regolazione: proporzionale derivativo PD

per compensare le rapide variazioni della PV, alla funzione di regolazione proporzionale può essere aggiunta una funzione derivata. => banda proporzionale viene spostata di una quantità proporzionale alla derivata temporale della PV. la costante di proporzionalità tra output e derivata si dice derivata, es: banda derivata.

la funzione derivativa ha in effetti lo scopo di dare al regolatore e la sua azione una certa intuizione sulla banda proporzionale => migliora lo start/stop processo

strategie la regolazione: proporzionale integrative derivativo PID

si uniscono tutte le funzioni proporzionale, integrale e derivativa in un unico regolatore completo ed altamente sensibile ed efficace. i regolatori, PID, possono essere implementati con sistemi analogici or digitali (microprocessori) => rapide variazioni di corrente tuning.

l’efficacia del regolatore deve sempre essere valutata in relazione agli obiettivi di stabilità richiesti per il processo: i nuovi parametri sono quindi modificabili sino a quando si è soddisfatta la

produzione in catena armonica delle variabili e variazione delle variabili controllate:

le anomalie sono evidenziate e sanate in seguito le conseguenze al controllo.

non è detto che tutti e 3 sistemi di regolazione siano adatti contemporaneamente

Y(t) = [kp e(t)] + ki ∫ e(t) dt + kd d [e(t)] / dt

criteri scelta del regolatore:

• termine proporzionale Pd deve essere sempre presente
• se i segnali sono stazionari: pure attivare del sola derivata
• se sono prevedibili: variazioni o gradino o potenziali derma dei sensori: prendere l’azione integrale del processo presente caratterizzazione per azione integrale e eliminare o rendere le funzioni corrispondenti nel regolativo => problema di stabilità

tuning dei PID → 1° metodo di Ziegler e Nichols (risposta al gradino o catena aperta)

→ 2° metodo di Ziegler e Nichols (stabilità limite)

⁠1° metodo → è applicabile solo se il processo è schematizzabile come un sistema ad una solo capacità (una costante di tempi) ⁠

secondo questo approccio, si applica al sistema stabilizzato e non retroazionato un gradino della grandezza ⁠di regolazione. le informazioni necessarie per tarare il PID vengono desunte dal comportamento dinamico del ⁠sistema. v.tABIR. ⁠

⁠2° metodo → è applicabile quando il processo non è schematizzabile come un sistema ad una solo capacità: si porta il processo in oscillazione libera annullando la funzione del regolatore solo proporzionale, le informazioni necessarie per ⁠tarare il PID vengono desunte dal comportamento dinamico del sistema ai regolativi. ⁠

Sviluppi dei sistemi di combustione Diesel e GDI

• Diesel → prima fase di combustione: limitata dalla velocità - cinetica chimica → gradiente temperatura elevato → produzione NO_x
• fase prevalente → termine con la miscela disponibile
• all'intervallo tra 600 e 700 °C: carenza di ossigeno → produzione particolato e diffusione verso l'interno dove le temperature elevate completano l'ossidazione (fiamma diffusiva)

trade-off NO_x, PM → la procedura che determina il fenomeno del NO_x hanno origine ad un aumento di PM → uso di tecnologie più efficienti è stato basato su iniezioni multiple (in particolare dell'inerente pilota {sistema common rail})

Common Rail

• vantaggio principale del common rail è la pressione di iniezione maggiore, che comporta:
• migliore combustione
• fori più piccoli → innesco per polverizzazione delle spray
• meno particolato
• ovviamente comporta maggiori costi di esercizio

strategia multi-iniezione

• procedimento per effettuare fino a 8 iniezioni per ciclo (utilizzate anche per rigenerazione DPF)
• iniezioni Pilot e Pre: utilizzate per il controllo rumore da combustione (5-20 deg.)
• iniezioni Main e Mains: utilizzate per abbrevviare il tempo in ritardo, installazione formazione di NO_x (10 deg.)
• iniezioni Post: utilizzate per innalzare la temperatura dell'ultima fase del processo di combustione e ossidare il PM formato
• l'obiettivo è moderare i picchi di pressione della combustione premiscelata e spostare il rilascio di calore in fase di espansione
• ciò ovviamente comporta ridurre il rendimento del ciclo massimo

injection shaping

(modello di iniezione) → legge, media di injection rate a gradino, o a rampa, con minor flusso nelle prime parti e maggiore nelle seconde in normale situazione con comune rail non è soddisfacente un gradino permette un profilo "rettangolare". I migliori risultati si ottengono con iniettori piezoelettrici ed iniettori diritti

iniettore piezoelettrico

• solenoide è sostituito da un cristallo piezoelettrico, che si deforma sotto l'effetto di una differenza di potenziale → azionamento rapidissimo, il pubblico da forze elevate e deformazione proporzionale alla tensione: quindi facilmente regolabile → spostamenti limitati, quindi possono eseguirne molti con comando meccanico, pare di un certo caso di solenoidi direttamente il connesso con lo stelo → rendimento si parla solo di iniettamento diretto.

sistemi con costi elevati anche se si limitano l'applicazione