Hitta överföringsfunktion till en motordriven kulventil

[Al_Bundy]

Hej!

Jag har en motordriven kulventil med G1/2 gäna. Ventilen har två stopplägen, en vid 0 grader och en vid 90 grader. Vid stopplägerna så bryts strömmen helt.

Det jag vill göra är att hitta en överföringsfunktion för denna motordrivna kulventil. Det jag förstå kommer och tänka på är balansekvationer.

[Ändring av rörelsemoment per tidsenhet] = [Drivande moment] - [Belastande moment]

Där [Ändring av rörelsemoment per tidsenhet] är den så kallade derivatan. Om man vet tröghetsmomentet J, vridmomentet M och dämpningsmomentet B så kan man enkelt bygga en momentjämnviktsfunktion.

Ja² = M - Ba

Där a är vinkelhastigheten och a² är vinkelaccelerationen hos kulan i kulventilen.

Men då är det ett problem. Jag vet varken tröghetsmomentet J, vridmomentet M och dämpningsmomentet B, som grundar sig på viskös friktion. Det enda jag vet är jag ventilen drivs med 12 volt spänning och jag kan räkna ut tiden det tar för ventilen att gå rotera 90 grader. Det är ca 4-5 sekunder. Kulventilen har också en seghet vid start, seghet vid avtagande hastighet. Den är väldigt kort så jag tror att man kan försumma detta.

Hur skulle ni ha gjort om ni vill hitta en överföringsfunktion till en motordriven kulventil om ni vet spänningen och totala tiden det tar för kulan att rotera 90 grader?

Edit:
Jag kanske inte behöver räkna ut en överföringsfunktion? Det kanske räcker för mig att använda räta linjens ekvation? Exempelvis om det tar 5 sekunder från kulventilen att gå från 0 till 90 så är lutningen 90/5 = 18 grader per sekund.

Om lutningen K = 18, och X ska föreställa tiden, så vid 2 sekunder så har vinkeln Y roterat 18*2 = 36 grader. Där 36 grader gånger en viss konstant C kan motsvara en viss öppning i area.

[TomasL]

Varför skall du krångla till det med detta, en normal kulventil arbetar bara med två lägen, öppen eller stängd.

[SeniorLemuren]

Om det är en ventil som stannar i ett visst läge när du stoppar motorn och du är ute efter att styra flödet från den så är det väl enklast och noggrannast att mäta utflödet och köra closed loop.

Om lutningen K = 18, och X ska föreställa tiden, så vid 2 sekunder så har vinkeln Y roterat 18*2 = 36 grader. Där 36 grader gånger en viss konstant C kan motsvara en viss öppning i area.

Om du skall bestämma flödet med värdet på arean gånger en viss konstant så blir det fel. Flödet är inte konstant i förhållande till arean. Du kommer att behöva en tabell med konstanter för alla areor från noll grader till fullt öppen och dessutom kommer ju flödet att variera med viskositeten så det blir i stort sett omöjligt att få någon vettig lösning på. Closed loop är det som gäller.

[Al_Bundy]

Varför skall du krångla till det med detta, en normal kulventil arbetar bara med två lägen, öppen eller stängd.

Detta är ingen normal kulventil. Det är en motordriven ventil

[TomasL]

En normal kulventil är definitivt inte rätt ventil för att reglera flöde med, då karakteristiken är som en lavin, "ingenting, ingenting, fullt flöde".

Nu finns det speciella ventiler där man borrat kulan på ett speciellt sätt, så att den kan fungera proportionellt, men dessa ventiler är inte helt vanliga.

Dessutom så beror ju flödet över ventilen på dels viskositeten och dels tryckfallet, detta får till följd att det i princip är omöjligt att beräkna flödet över de flesta ventil, utan man mäter i stället, och återmatar det till regulatorn.

Även en motordriven kulventil är en normal kulventil (för det mesta, med det undantaget jag nämnt).

[Al_Bundy]

Om det är en ventil som stannar i ett visst läge när du stoppar motorn och du är ute efter att styra flödet från den så är det väl enklast och noggrannast att mäta utflödet och köra closed loop.

Du menar återkoppat system? Jo, det tänker jag faktiskt göra.

Jag gjorde ett litet program i C med min Arduino som pulserade en hög puls under 10 ms och låg puls under 5000 ms. För varje hög puls så räknade programmet +1.

Då kom jag fram till att det krävs 90 pulser av 10 ms höga för att servoventilen ska rotera 90 grader. Vid 17 pulser så är ventilen fortfarande stängd, men puls nummer 18 så kan ett svagt tryck komma igenom. Vid puls nummer 19 kan man se ett det blir en pytte pytte liten öppning.

Den totala arean för kulans hål är 15²*pi = 706.85 mm². Diametern på hålet är 15 mm.

Dela arean i 90-17 = 73, så blir arean en ökning med 15²*pi/73 =9.68 mm²/puls när antalet pulsar är över 17.

Då kan jag använda lookup tables. Första tabellens kolumnen beskriver antalet pulser, andra kolumnen beskriver den öppnande arean hos kulventilen. Sedan har jag en flödesgivare som mäter ett visst fel e = Börvärde_Flöde - Ärvärde_Flöde. Jag förstorar upp felvärde e med proptionell konstant P (P-reglering) och får ett värde Y. Detta Y = e*P delar jag med diametern på hålet 15 mm och därmed får jag vilken area kulventilen ska vara öppen.

Vad tror ni om detta?

[Al_Bundy]

En normal kulventil är definitivt inte rätt ventil för att reglera flöde med, då karakteristiken är som en lavin, "ingenting, ingenting, fullt flöde".

Nu finns det speciella ventiler där man borrat kulan på ett speciellt sätt, så att den kan fungera proportionellt, men dessa ventiler är inte helt vanliga.

Dessutom så beror ju flödet över ventilen på dels viskositeten och dels tryckfallet, detta får till följd att det i princip är omöjligt att beräkna flödet över de flesta ventil, utan man mäter i stället, och återmatar det till regulatorn.

Även en motordriven kulventil är en normal kulventil (för det mesta, med det undantaget jag nämnt).

Okej. Jag förstår. Men nu var detta en kostnadsfråga...och väldigt intressant att försöka reglera med en kulventil

[TomasL]

Intressant och intressant, det går inte.

[grym]

klart det går, det är bara så djävla krångligt att ingen person med sunt förnuft som haft med det att göra tänker tanken att ha en kulventil som reglerventil

annars är det bara att skaffa en flödesmätare och ta kranen och börja skapa sig funktionen för kranen

[TomasL]

Nä reglera går inte, däremot möjligtvis justera in den i närheten av ett flöde.

[Miramithe]

Oj mycket al trådar nu och jag har slut på popcorn...
Men seriöst varför ska du hålla på och toka och krångla till det? Bättre med riktiga grejjor och få någon form av reglering

[SeniorLemuren]

@TomasL: Skillnad???

[Al_Bundy]

Oj mycket al trådar nu och jag har slut på popcorn...
Men seriöst varför ska du hålla på och toka och krångla till det? Bättre med riktiga grejjor och få någon form av reglering

Det är riktiga grejor jag håller på med!

[danielr112]

Sätt en flödesmätare efter och mät den. Precis som man gör på värmesystem där du regler en ventil för att sedan läsa av temperaturen av utgående vatten. Är det för högt så sänker man flödet något.

Closed loop helt enkelt.

[TomasL]

Riktiga grejjor i detta fall är en reglerventil, det finns faktiskt kulventiler med denna funktion, alternativt en sätesventil (vanligast), slidventil(också rätt vanliga) eller en nålventil.

Kulventiler konstruerade för reglering är riktigt bra, mycket hög noggrannhet och minimalt läckflöde, slidventiler är sämst när det gäller läckflöde.

Exempel på kulventiler vilka går utmärkt att använda som reglerventiler är: http://www.sauter.se/uploads/tx_cabagpdm/917322.pdf
Använder dessa själv.
Men du måste fortfarande mäta flödet, däremot får du en proportionell reglering av flödet för hela ventilens öppningsområde.
Med tillhörande motor så kan du ställa in 3 olika karakteristikor mellan motorn vridningsvinkel och kvs-värdet