Simulazione simHydraulics

[dario fgx]

Ciao a tutti, è da pochissimo che mi sto cimentando con simulink.

Vi spiego cosa vorrei simulare sperando che qualcuno voglia aiutarmi. Si tratta di una simulazione di idraulica quindi ho cominciato con il leggere la documentazione di simHydraulics.

Nella versione semplificata del sistema idraulico che voglio simulare una pompa comanda un "double acting piston" che muove un peso di 150000Kg ad una velocità di 0.1 m /min. Ovviamente devo modellare l'attrito (statico e poi dinamico) tra questo oggetto a la superficie. Quindi, in teoria, quel che accade è che la pressione sale nella camera del cilindro fino a che non si vince l'attrito statico, a questo punto l'attrito diminuisce (dinamico) ed è necessaria un pressione minore per mantenere il movimento. Questo viene comunicato tramite un circuito di feedback alla regolazione della pompa. Tuttavia nel sistema reale i tubi che collegano la pompa al cilindro sono lunghi anche 20m. Pertanto immagino esista un problema di ritardo nella trasmissione dei comandi idraulici.

Tanto per cominciare vorrei sapere come faccio ad inserire un circuito di feedback che regoli la pressione pre mantenere la velocità del cilindro costante.

Grazie a tutti e, se possibile, non lesinate i dettagli perchè sono veramente alle prime armi.

dario

[serbring]

Ciao a tutti, è da pochissimo che mi sto cimentando con simulink.
Pertanto immagino esista un problema di ritardo nella trasmissione dei comandi idraulici.



Corretto, esiste il blocco hydraulic pipeline che modella questo ritardo.



Tanto per cominciare vorrei sapere come faccio ad inserire un circuito di feedback che regoli la pressione pre mantenere la velocità del cilindro costante.

Grazie a tutti e, se possibile, non lesinate i dettagli perchè sono veramente alle prime armi.

dario


Beh potresti provare con una valvola di controllo della portata, mantiene la portata costante entro un certo livello e quindi la velocità del pistone costante. In questo modo non ti serve un circuito di feedback perchè è integrato nella valvola.

[serbring]

Ciao a tutti, è da pochissimo che mi sto cimentando con simulink.

Vi spiego cosa vorrei simulare sperando che qualcuno voglia aiutarmi. Si tratta di una simulazione di idraulica quindi ho cominciato con il leggere la documentazione di simHydraulics.

Nella versione semplificata del sistema idraulico che voglio simulare una pompa comanda un "double acting piston" che muove un peso di 150000Kg ad una velocità di 0.1 m /min. Ovviamente devo modellare l'attrito (statico e poi dinamico) tra questo oggetto a la superficie. Quindi, in teoria, quel che accade è che la pressione sale nella camera del cilindro fino a che non si vince l'attrito statico, a questo punto l'attrito diminuisce (dinamico) ed è necessaria un pressione minore per mantenere il movimento. Questo viene comunicato tramite un circuito di feedback alla regolazione della pompa. Tuttavia nel sistema reale i tubi che collegano la pompa al cilindro sono lunghi anche 20m. Pertanto immagino esista un problema di ritardo nella trasmissione dei comandi idraulici.

Tanto per cominciare vorrei sapere come faccio ad inserire un circuito di feedback che regoli la pressione pre mantenere la velocità del cilindro costante.

Grazie a tutti e, se possibile, non lesinate i dettagli perchè sono veramente alle prime armi.

dario

tra l'altro secondo me la differenza tra attrito statico e dinamico per un martinetto che spinge 150000Kg lo puoi anche trascurare.

[kikino]

tra l'altro secondo me la differenza tra attrito statico e dinamico per un martinetto che spinge 150000Kg lo puoi anche trascurare.

Magari dico una boiata, non ho mai studiatoa fondo cose di sto tipo ma a lume di naso il poterlo trascurare dipenderá un pó dalla portata entrante nel cilindro, se é bassa non so se é tanto trascurabile.

[serbring]

Magari dico una boiata, non ho mai studiatoa fondo cose di sto tipo ma a lume di naso il poterlo trascurare dipenderá un pó dalla portata entrante nel cilindro, se é bassa non so se é tanto trascurabile.

Ti riferisci all'attrito nelle tubazioni o all'attrito del martinetto?

[kikino]

Parlo di quello nel cilindro.
l'op parla indistintamente di "oggetto" ma non si capisce bene se tratti di questo cilindro o dei tubi.
Quanto a operare a velocitá costante giá la comprimibilitá del fluido idraulico stesso dovrebbe assicurargli che dentro il cilindro il volume cambi solo per la traslazione della parte mobile

[serbring]

Parlo di quello nel cilindro.
l'op parla indistintamente di "oggetto" ma non si capisce bene se tratti di questo cilindro o dei tubi.
Quanto a operare a velocitá costante giá la comprimibilitá del fluido idraulico stesso dovrebbe assicurargli che dentro il cilindro il volume cambi solo per la traslazione della parte mobile

lui parla di un cilindro idraulico a doppio effetto e penso che si riferisca all'attrato che c'è tra camicia e stantuffo, ma visto che il peso applicato al cilindro agisce solo lateralmente direi che il passaggio da attrito statico e dinamico può essere trascurabile. Il discorso sarebbe stato differente se lui avesse avuto una massa decisamente più piccola.
Hai ragione nel dire che l'incomprimibilità dell'olio gli permette di assicurargli che portata e traslazione della parte mobile vanno di pari passo, quindi gli basta solo una valvola a controllo di portata

[kikino]

sentiamo cosa dice il buon dario...

vorrei proprio vedere cosa esce fuori dalle simulazioni, Automation studio qua non mi permette di definire parametri cosí fini per il cilindro, ma in veritá ci ho perso pochissimo tempo.

Se nel fine settimana ho la possibilitá faccio un pó di prove rapide.

[serbring]

sentiamo cosa dice il buon dario...

vorrei proprio vedere cosa esce fuori dalle simulazioni, Automation studio qua non mi permette di definire parametri cosí fini per il cilindro, ma in veritá ci ho perso pochissimo tempo.

Se nel fine settimana ho la possibilitá faccio un pó di prove rapide.

Mai sentito parlare di Automation studio. Come ti trovi?

[dario fgx]

Ciao a tutti ragazzi, vedo che la discussione è partita finalmente. Anticipo che sono certo sarà un grande piacere discutere con voi!! ;)

Nel frattempo ho messo su la simulazione senza il ritardo nei comandi idraulici, ora che so che c'è anche il blocco pipeline aggiungo anche quello.
Per il momento ho abbandonato l'idea del feedback che comunque non esiste nell'impianto reale.

1)Premetto che le 150t sono da movimentare rispetto ad una superficie con attrito di statico di 0,17. Data l'area A del pistone, la pressione nella camera del cilindro deve arrivare a 65 bar per vincere l'attrito statico. Poi ho ammesso un salto repentino ad un cof dinamico di 0,13 fisso (ma si può simulare anche uno variabile)

2) ci sono 20 m di tubo tra pompa (che per il momento assumo in grado di erogare una portata Q costante a prescindere dalla pressione a valle) e cilindro. Questo volume di fluido (stimato in 130 l) è introdotto come dead volume del cilindro.

Allora le mie ipotesi (confermate dalla simulazione allo stato attuale) sono le seguenti: la legge Q/A = v non è valida a 65 bar. Questa legge infatti è basata sull'idea che il volume Q*deltat introdotto nel cilindro nel tempo deltat venga accomodato da un avanzamento deltax del pistone che però non avviene fino a che non avviene fino a 65 bar. Infatti l'olio si comprime accomodando il volume in ingresso. In base al modulo di comprimibilità, ho stimato che con una portata di 4 l/min il pistone può restare fermo per almeno 10s!

Arrivati a 65bar il pistone scatta. Si libera volume V, la pressione cala, il fluido si decomprime. Essendo Q bassa (ridicola!) il calo di P dovuto al repentino aumento di V non è compensato rapidamente ed il pistone si arresta sotto l'effetto dell'attrito dinamico. La P quindi risale a 65 bar fino allo scatto successivo. P si mette ad oscillare, e la v(t) è a "delta di Dirac", esattamente come osservato sperimentalmente.

Ho poi scoperto che in effetti esiste il concetto di "capacità idraulica" che un progettista "dovrebbe" tenere in conto. Infatti tutti i libri premettono che la legge v = Q/A vale solo e soltanto fintanto che permangono le condizioni per cui l'olio si può considerare incomprimibile.


Il problema attualmente sta nel modellare il caso a Q più alte. Infatti un transitorio con oscillazioni nella P è sempre presente nella simulazione (anche se sono meno evidenti ed il moto è più continuo), mentre invece sperimentalmente il moto è continuo. Ho quindi provato a modellare lo scarico con un orifizio e mettere una valvola di massima (tarata a 65 bar) tra pompa e cilindro. In questo modo le oscillaizoni del transiente iniziale diminuiscono.

Vorrei sapere da voi come mi consiglie di modellare il tratto tra pompa e cilindro e poi lo scarico.

[dario fgx]

Ho riletto meglio i vostri commenti:

a)con 150t di forza normale gli attriti tra gli elementi del cilindro sono secondari. Ho infatti introdotto il modulo "cylinder friction" aumentando di diversi ordini di grandezza i coefficienti rispetto a quelli di default ma non cambia nulla!

b) a 65 bar un olio con l'1% di aria intrappolata si comprime dello 0.5%. Quindi 130l liberano circa 0,6l.

[kikino]

Mai sentito parlare di Automation studio. Come ti trovi?

Non male per le cose spicciole che ci faccio...

[kikino]

Ciao a tutti ragazzi, vedo che la discussione è partita finalmente. Anticipo che sono certo sarà un grande piacere discutere con voi!! ;)

Nel frattempo ho messo su la simulazione senza il ritardo nei comandi idraulici, ora che so che c'è anche il blocco pipeline aggiungo anche quello.
Per il momento ho abbandonato l'idea del feedback che comunque non esiste nell'impianto reale.

1)Premetto che le 150t sono da movimentare rispetto ad una superficie con attrito di statico di 0,17. Data l'area A del pistone, la pressione nella camera del cilindro deve arrivare a 65 bar per vincere l'attrito statico. Poi ho ammesso un salto repentino ad un cof dinamico di 0,13 fisso (ma si può simulare anche uno variabile)

2) ci sono 20 m di tubo tra pompa (che per il momento assumo in grado di erogare una portata Q costante a prescindere dalla pressione a valle) e cilindro. Questo volume di fluido (stimato in 130 l) è introdotto come dead volume del cilindro.

Allora le mie ipotesi (confermate dalla simulazione allo stato attuale) sono le seguenti: la legge Q/A = v non è valida a 65 bar. Questa legge infatti è basata sull'idea che il volume Q*deltat introdotto nel cilindro nel tempo deltat venga accomodato da un avanzamento deltax del pistone che però non avviene fino a che non avviene fino a 65 bar. Infatti l'olio si comprime accomodando il volume in ingresso. In base al modulo di comprimibilità, ho stimato che con una portata di 4 l/min il pistone può restare fermo per almeno 10s!

Arrivati a 65bar il pistone scatta. Si libera volume V, la pressione cala, il fluido si decomprime. Essendo Q bassa (ridicola!) il calo di P dovuto al repentino aumento di V non è compensato rapidamente ed il pistone si arresta sotto l'effetto dell'attrito dinamico. La P quindi risale a 65 bar fino allo scatto successivo. P si mette ad oscillare, e la v(t) è a "delta di Dirac", esattamente come osservato sperimentalmente.

Ho poi scoperto che in effetti esiste il concetto di "capacità idraulica" che un progettista "dovrebbe" tenere in conto. Infatti tutti i libri premettono che la legge v = Q/A vale solo e soltanto fintanto che permangono le condizioni per cui l'olio si può considerare incomprimibile.


Il problema attualmente sta nel modellare il caso a Q più alte. Infatti un transitorio con oscillazioni nella P è sempre presente nella simulazione (anche se sono meno evidenti ed il moto è più continuo), mentre invece sperimentalmente il moto è continuo. Ho quindi provato a modellare lo scarico con un orifizio e mettere una valvola di massima (tarata a 65 bar) tra pompa e cilindro. In questo modo le oscillaizoni del transiente iniziale diminuiscono.

Vorrei sapere da voi come mi consiglie di modellare il tratto tra pompa e cilindro e poi lo scarico.

Dal comportamento che descrivi sembra quasi che nel circuito manchi un accumulatore, é cosí? E´ un elemento presente nel modello reale che manca nel SymHid?

[dario fgx]

Dal comportamento che descrivi sembra quasi che nel circuito manchi un accumulatore, é cosí? E´ un elemento presente nel modello reale che manca nel SymHid?

Premetto che ho cominciato a studiare qualcosa di idraulica 3 settimane fa...

Che cosa è un accumulatore? un qualcosa che evita i drop di pressione?

[kikino]

sei sulla mia stessa barca, io sono un civile prestato alla meccanica...non preoccuparti :D

gli accumulatori riservano un determinato volume di olio in pressione per cederlo al circuito quando necessario.
Per questo ti ho subito chiesto se ne fosse presente uno nel tuo modello. Il fatto che ci siano dei comportamenti discontinui, a delta di Dirac mi ha subito spinto a pensare che manchi qualcosa che stabilizzi le condizioni di servizio del circuito idraulico e questo qualcosa potrebe essere un accumulatore, in base alle mie conoscenze.

[dario fgx]

sei sulla mia stessa barca, io sono un civile prestato alla meccanica...non preoccuparti :D

gli accumulatori riservano un determinato volume di olio in pressione per cederlo al circuito quando necessario.
Per questo ti ho subito chiesto se ne fosse presente uno nel tuo modello. Il fatto che ci siano dei comportamenti discontinui, a delta di Dirac mi ha subito spinto a pensare che manchi qualcosa che stabilizzi le condizioni di servizio del circuito idraulico e questo qualcosa potrebe essere un accumulatore, in base alle mie conoscenze.

:D

si penso proprio che manchi. Adesso provo a trovare l'analogo di un accumulatore in symHyd

[dario fgx]

Ciao a tutti.

Il blocco per l'accumulatore si chiama "reservoir"


La pipeline non mi sembra che introduca dei ritardi nella propagazione. Infatti sia a valle che a monte della pipe di 20m, le oscillazioni di pressione sono perfettamente in fase..

[kikino]

Accumulators (http://www.mathworks.com/help/physmod/hydro/accumulators.html)

hai anche il blocco accumulator che meglio fitta le funzioni che ti dicevo...il reservoir mi sembra piú un serbatoio...

[dario fgx]

Accumulators (http://www.mathworks.com/help/physmod/hydro/accumulators.html)

hai anche il blocco accumulator che meglio fitta le funzioni che ti dicevo...il reservoir mi sembra piú un serbatoio...

ti ringrazio ma utilizzandolo all'ingresso del cilindro mi dice che c'è un errore nelle condizioni iniziali..

[kikino]

prova a metterlo a monte della valvola che usi per controllare il cilindro, ti da lo stesso errore?

[kikino]

https://www.dropbox.com/s/z87x1uxbjjktvw9/dario%20fxg.jpg

è sabato mattina qui e non sono pienamente responsabile delle vaccate che ho fatto hahaha.

Come ti dicevo l'accumulatore a monte dovrebbe assicurare stabilitá sul funzionamento.
Questo software che ho citato sopra non mi permette di modellare attriti né percentuali di aria in olio, é abbastanza spinto al lato pratico, ma sta fornendo in questa configurazione che vedi oscillazioni abbastanza ridotte delle portate in entrata al cilindro durante lo sfilo, niente a che vedere con delle delta di Dirac.

Se serve puoi specificare meglio i parametri del tuo modello in modo che faccia girare questo in condizioni simili e possa avere risultati congruenti...

[serbring]

ti ringrazio ma utilizzandolo all'ingresso del cilindro mi dice che c'è un errore nelle condizioni iniziali..


Solitamente non puoi collegare insieme due volumi, dovresti unirli con un orifizio come segnalato da kikino. Infatti se ci pensi un accumulatore fisico è munito anche di un orifizio.

[dario fgx]

Ciao Ragazzi.


Si in effetti mettendo un orifizio di mezzo la simulazione gira.


Grazie!

Però volendo realizzare un controllo a circuito chiuso, come si potrebbe fare?

Altra cosa: In una pompa centrifuga reale, nel momento in cui cala la P in uscita alla pompa (brusco avanzamento del pistone), la Q non dovrebbe aumentare?
In questo modo si avrebbe una sorta di autocontrollo...messo proprio in coldoni.


Ogni chiarimento è gradito


grazie

dario

[serbring]

Ciao Ragazzi.


Si in effetti mettendo un orifizio di mezzo la simulazione gira.


Grazie!

Però volendo realizzare un controllo a circuito chiuso, come si potrebbe fare?



hai provato con una valvola a controllo di portata? Questa valvola ha all'interno di essa un loop allo scarico che controlla che la portata inviata dalla pompa sia effettivamente quella settata.
In alternativa potresti pensare di leggere la velocità del martinetto, calcolare l'errore rispetto al valore desiderato, lo dai in pasto ad un pid che usi per comandare una valvola.


Altra cosa: In una pompa centrifuga reale, nel momento in cui cala la P in uscita alla pompa (brusco avanzamento del pistone), la Q non dovrebbe aumentare?
In questo modo si avrebbe una sorta di autocontrollo...messo proprio in coldoni.


sì, ma solo ma solo se il calo della pressione e l'aumento della portata sono tra loro proporzionali, ma non lo sono.

[dario fgx]

hai provato con una valvola a controllo di portata? Questa valvola ha all'interno di essa un loop allo scarico che controlla che la portata inviata dalla pompa sia effettivamente quella settata.
In alternativa potresti pensare di leggere la velocità del martinetto, calcolare l'errore rispetto al valore desiderato, lo dai in pasto ad un pid che usi per comandare una valvola.



sì, ma solo ma solo se il calo della pressione e l'aumento della portata sono tra loro proporzionali, ma non lo sono.


Ciao,

Allora io sto usando una sorgente di Q costante, non una pompa. Mi chiedevo appunto come posso fare per inserire la caratteristica della pompa. So che sono delle pompe centrifughe azionate da motori da 90kW.

Quello che vorrei capire è se è giusto affermare che la pompa si comporti come una sorgente di Q ideale a prescindere dalle oscillazioni di pressione a valle. Oppure se nel momento in cui P cala perchè il cilindro si muove all'improvviso, la pompa eroga una Q diversa.

Grazie

dario

[serbring]

Ciao,

Allora io sto usando una sorgente di Q costante, non una pompa. Mi chiedevo appunto come posso fare per inserire la caratteristica della pompa. So che sono delle pompe centrifughe azionate da motori da 90kW.

Quello che vorrei capire è se è giusto affermare che la pompa si comporti come una sorgente di Q ideale a prescindere dalle oscillazioni di pressione a valle. Oppure se nel momento in cui P cala perchè il cilindro si muove all'improvviso, la pompa eroga una Q diversa.

Grazie

dario

La pompa non si comporta come una sorgente di portata costante, ma se mettessi una valvola a controllo di portata potresti avere una caratteristica simile.

[dario fgx]

grazie

[dario fgx]

Rieccomi. Scrivo quì per fare il punto della situaizone, così che magari torni utile anche a me in seguito.

Studiando un pò ho trovato che esiste una frequenza propria wn del cilindro, dovuta proprio all'olio presente nelle camere e nelle tubature che si comporta come una molla. Questa frequenza propria deve essere calcolata in fase di progettazione in quanto determina il tempo MINIMO di accelerazione tm = 35/wn. Se questo tempo minimo non è rispettato ma la velocità di regime viene raggiunta più rapidamente si innescano delle oscillazioni!

Quindi l'idea che mi sono fatto è la seguente: chi ha progettato il cilindro ha calcolato la wn e stimato tm. Probabilmente però in questo calcolo non ha calcolato i 150 litri che stanno nelle tubature che agiscono nel senso di abbassare wn e quindi alzare tm.

Anche ammettendo che questi 150 l siano stati considerati, c'è un errore di fondo: il tm, qualunque esso sia, non potrò MAI essere rispettato perchè c'è un primo distacco di una massa di 150t. Quando la P in camera supera l'attrito statico l'accelerazione è brusca (ci sono 150lo di olio compresso che hanno accumulato un sacco di energia e che la liberano istantaneamente).


Quindi per me c'è proprio un errore di fondo: possono aver calcolato bene tm ma non sono in grado di garantire che venga rispettato perchè alla base c'è un fenomeno impulsivo che non può essere evitato.

Voi che ne pensate?

[serbring]

Rieccomi. Scrivo quì per fare il punto della situaizone, così che magari torni utile anche a me in seguito.

Studiando un pò ho trovato che esiste una frequenza propria wn del cilindro, dovuta proprio all'olio presente nelle camere e nelle tubature che si comporta come una molla. Questa frequenza propria deve essere calcolata in fase di progettazione in quanto determina il tempo MINIMO di accelerazione tm = 35/wn. Se questo tempo minimo non è rispettato ma la velocità di regime viene raggiunta più rapidamente si innescano delle oscillazioni!

Quindi l'idea che mi sono fatto è la seguente: chi ha progettato il cilindro ha calcolato la wn e stimato tm. Probabilmente però in questo calcolo non ha calcolato i 150 litri che stanno nelle tubature che agiscono nel senso di abbassare wn e quindi alzare tm.

Anche ammettendo che questi 150 l siano stati considerati, c'è un errore di fondo: il tm, qualunque esso sia, non potrò MAI essere rispettato perchè c'è un primo distacco di una massa di 150t. Quando la P in camera supera l'attrito statico l'accelerazione è brusca (ci sono 150lo di olio compresso che hanno accumulato un sacco di energia e che la liberano istantaneamente).


Quindi per me c'è proprio un errore di fondo: possono aver calcolato bene tm ma non sono in grado di garantire che venga rispettato perchè alla base c'è un fenomeno impulsivo che non può essere evitato.

Voi che ne pensate?

questo aspetto mi interessa molto. Sapresti indicarmi qualche materiale sul calcolo di questa frequenza propria?

[kikino]

questo aspetto mi interessa molto. Sapresti indicarmi qualche materiale sul calcolo di questa frequenza propria?

+1

[dario fgx]

Ciao Ragazzi,

trovate una spiegazione abbastanza dettagliataquì:

http://www.mtc.edu.eg/ASAT13/pdf/HC01.pdf

e nei riferimenti presenti nell'articolo stesso.

In pratica questo della freqeunza propria è un fattore da tenere sempre in conto in fase di dimensionamento ed presente in tutte le guideline della festo, atos, rexroth ecc...

inoltre ne sto discutendo su un forum specializzato quì:

http://forums.hydraulicspneumatics.com/eve/forums/a/tpc/f/8641063911/m/9441034132/p/3

[serbring]

Ciao Ragazzi,

trovate una spiegazione abbastanza dettagliataquì:

http://www.mtc.edu.eg/ASAT13/pdf/HC01.pdf

e nei riferimenti presenti nell'articolo stesso.

In pratica questo della freqeunza propria è un fattore da tenere sempre in conto in fase di dimensionamento ed presente in tutte le guideline della festo, atos, rexroth ecc...

inoltre ne sto discutendo su un forum specializzato quì:

http://forums.hydraulicspneumatics.com/eve/forums/a/tpc/f/8641063911/m/9441034132/p/3

potresti indicarmi il link di una di queste guidelines, per favore?

[dario fgx]

potresti indicarmi il link di una di queste guidelines, per favore?

ma è gia indicato il link!

[dario fgx]

ho trovato i manuali rexroth...

[serbring]

ho trovato i manuali rexroth...

interessato....come li hai trovati?

[dario fgx]

interessato....come li hai trovati?

vuoi pvt ?

[serbring]

vuoi pvt ?

sì :)