Promaint-lehti 1/2024
Promaint-lehti on neljä kertaa vuodessa ilmestyvä teollisuuden ja tuotannon ammattilehti.
Promaint-lehti on neljä kertaa vuodessa ilmestyvä teollisuuden ja tuotannon ammattilehti.
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
TUTKIMUS<br />
vyys ja värähtely johtuvat voimasta, ja<br />
ajattelevat, että niiden välinen suhde on<br />
lineaarinen. Polttomottorin värähtelyt<br />
herättävät voimat voidaan jakaa inertiaja<br />
kaasuvoimiin. Moottorin liikkuvat<br />
osat, pääosin kampi- ja mäntämekanismit,<br />
aiheuttavat inertiavoimat. Siten<br />
vakiopyörimisnopeudella syklien väliset<br />
inertiavoimat eivät vaihtele. Sylinterin<br />
paineen aiheuttamat kaasuvoimat kuitenkin<br />
vaihtelevat samassa suhteessa<br />
moottorin kuormituksen vaihteluiden<br />
kanssa, vaikka pyörimisnopeus pysyy<br />
vakiona, koska ne vastaavat kuormituksen<br />
muutokseen. Normalisoitu tangentiaalivoima<br />
kammentapilla eri kuormituksilla<br />
yhden nelitahtisyklin aikana on<br />
esitetty kuvassa 1.<br />
Kuormituksen vaihtelun havaitsemisessa<br />
ratkaisevan tärkeää on erottaa<br />
värähtelyvasteesta kaasuvoimien osuus.<br />
Toisin kuin kaasuvoimilla, inertiavoimilla<br />
on analyyttinen ratkaisu, joka<br />
sattuu olemaan jaksollinen. Sen mukaan<br />
inertiavoimilla on harmonisia komponentteja<br />
vain moottorin pyörimistaajuudella<br />
ja sen toisella kerrannaisella.<br />
Tällöin voidaan todeta, että kaikki muut<br />
värähtelyvasteen taajuuskomponentit<br />
ovat riippuvaisia vain kaasuvoimista.<br />
Signaalin harmoniset taajuuskomponentit<br />
voidaan laskea tehokkaasti<br />
käyttämällä nopeaa Fourier-muunnosta<br />
(FFT). Porter määritti jo vuonna 1943<br />
kuvassa 2 esitetyt nelitahtisen bensiinimoottorin<br />
vääntömomentin harmoniset<br />
kertoimet täydellä kuormituksella ja<br />
joutokäynnillä [2]. Nelitahtimoottorin<br />
yksi sykli vastaa kahta kampiakselin<br />
kierrosta. Kuvassa 2 kertaluku 1,0 vastaa<br />
pyörimistaajuutta ja siten kertaluku 0,5<br />
moottorin syklin taajuutta.<br />
Tarkkojen tekoälymallien opetus<br />
onnistuu harvoin raakadatan avulla.<br />
Opetus vaatii yleensä raakadatasta<br />
erotettuja piirteitä, jotka ovat herkkiä<br />
mallin ennustaman muuttujan arvon<br />
muutoksille. Gensetin tuottaman tehon<br />
vaihtelulle herkkä piirre voidaan erottaa<br />
värähtelyvasteesta yksinkertaisesti<br />
laskemalla värähtelyvasteen 1,5-kerrannaisen<br />
amplitudi FFT:n avulla. Wärtsilä<br />
20V31SG-gensetin tehotasojen tarkka<br />
luokittelu on mahdollista toteuttaa vain<br />
yhden sopivasti sijoitetun triaksiaalisen<br />
kiihtyvyysanturin kolmesta signaalista<br />
edellä mainitulla tavalla erotettujen<br />
piirteiden avulla. Lisäämällä piirteiden<br />
joukkoon kaikkien kolmen signaalin<br />
tehot, saadaan luokittelijasta yhä tarkempi.<br />
Kuva 2. Porterin [2] harmoniset kertoimet, a ja b ovat Fourier-kertoimia.<br />
Kuva 3. Kahden syklin pituisista<br />
signaalisegmenteistä erotetuilla piirteillä<br />
opetetun luokittelijan konfuusiomatriisi. [1]<br />
Syklien välisten vaihtelujen<br />
tasoittaminen on mahdollista<br />
Polttomoottorin toiminta ei käytännössä<br />
kuitenkaan ole koskaan täysin itseään<br />
toistavaa syklien välillä edes tasaisella<br />
kuormituksella. Siksi myös kiihtyvyysvasteessa<br />
on aina vaihtelua syklien välil-<br />
lä. Tämä on tyypillistä erityisesti kipinäsytytteisten<br />
moottoreiden, kuten Wärtsilä<br />
20V31SG:n, kohdalla, joiden sylinterin<br />
huippupaine peräkkäisten syklien<br />
välillä vaihtelee merkittävästi. Syklien<br />
välisen vaihtelun vaikutusta voidaan<br />
tasoittaa laskemalla piirteiden arvot<br />
signaalisegmenteistä, jotka ovat useamman<br />
syklin pituisia. Pidempää signaalisegmenttiä<br />
käytettäessä mallin antama<br />
ennuste on kauempana reaaliajasta.<br />
Sen takia on haettava oikea tasapaino<br />
mallin tarkkuuden ja ajantasaisuuden<br />
välillä käyttökohteen ja tarpeiden mukaan.<br />
Tarkastellun gensetin tapauksessa<br />
saavutetaan erittäin hyvä luokittelijan<br />
tarkkuus käyttämällä vain kahden syklin<br />
pituisia signaalisegmenttejä. Gensetin<br />
nimellispyörimisnopeudella (750 RPM)<br />
yksi sykli kestää 0,16 sekuntia.<br />
Kahden syklin pituisista signaalisegmenteistä<br />
erotetuilla piirteillä opetetun<br />
luokittelijan konfuusiomatriisi on esitetty<br />
kuvassa 3. Luokittelija-algoritmina<br />
käytettiin logistista regressiota ja<br />
piirteet olivat siis yhden triaksiaalisen<br />
46 promaint 1/<strong>2024</strong>
Change language