Flow and Thermal Technology (Council of Physical Sciences)
50 %
Ortelius classification: Thermal engineering
Technical Mechanics (Council of Physical Sciences)
25 %
Ortelius classification: Vibration engineering
Mathematics (Council of Physical Sciences)
25 %
Ortelius classification: Differential equations
Panel
Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent
Department of Hydrodinamic Systems (Budapest University of Technology and Economics)
Starting date
2009-01-01
Closing date
2012-06-30
Funding (in million HUF)
14.665
FTE (full time equivalent)
1.72
state
closed project
Summary in Hungarian
Hidraulikus hajtások tervezése során komoly kihívást jelent a rendszerelemek eredően nemlineáris viselkedése, pl. a szelepek nemlineáris átfolyási karakterisztikája, a szivattyú periodikusan lüktető szállítása, a munkahengeren fellépő súrlódó erő szakadásos tulajdonságai. A projekt célja hidraulikus rendszerek dinamikájának vizsgálata két tipikus jelenségen keresztül: (a) szelepcsattogás, mely során a nyomáshatároló szelepek záróteste öngerjesztett rezgésekbe kezd ill. (b) a digitális mintavételezés hatása egy munkahenger PID szabályzójának viselkedésére. A vizsgálat során (a) numerikus szimulációt alkalmazunk (egyrészről egy saját fejlesztésű rendszerszimulációs programot, másrészről egy kereskedelmi forgalomban kapható 3D áramlástani szoftvert), (b) analitikus számításokkal az egyes paraméterek minőségi hatását tisztázzuk ill. (c) kísérletekkel ellenőrizzük az előbbi számítások eredményét.
Summary
The main challenge in analysing hydraulic systems is the fundamentally non-linear nature of the system elements. The valve characteristics are non-linear, the pump feed flow rate is periodically changing, the friction force curve of pistons is not even continuous, just to mention a few issues. This project aims the analysis of dynamic phenomena in power transmission systems in two particular cases: (a) valve chatter, which is the self-excited oscillation of safety valves and (b) PID control of a piston positioning system with a special emphasis on the effect of time delay due to the discrete sampling time. The tools of the analysis are (a) numerical simulation (with an in-house code for system simulation and a commercial 3D Computational Fluid Dynamics – CFD - code), (b) analytical calculations on simplified cases, mainly with the techniques of non-linear dynamics and bifurcation theory and (c ) laboratory measurements.
Final report
Results in Hungarian
1., Szeleprezgések vizsgálata
Kiépítettük egy, a szeleprezgések mérésére alkalmas mérőberendezést, azt felműszereztük és számos mérést végeztünk mind statikus, mind dinamikus esetben. A mérések alapján részletes elméleti vizsgálatokat végeztünk, mind lineáris, mind nemlineáris matematikai modelleken. Ezeket a számításokat a mérések alapján validáltuk és kiváló egyezést találtunk.
A tapasztalatok alapján egy olyan, egyszerűsített matematikai modellt alkottunk meg, amely minőségileg helyesen írja le a különböző típusú stabilitásvesztéseket (szelep-módus és cső-módus) így lehetővé teszi az instabilitási mechanizmusok megértését és az egyes rendszerparaméterek hatásának egyszerű, hatékony vizsgálatát.
2., Munkahenger PID szabályzásának stabilitása
A munka során mérésekkel ellenőrzött matematikai modellt fejlesztettünk ki, melyen lehetőségünk volt (a) a szelep holtsáv, valamint (b) a digitális szabályozás mintavételezése késésének hatásait vizsgálni. Mindkét esetben meghatároztuk a stabilitás szempontjából még megengedhető szabályozási paraméterek tartományát, valamint a túlszabályozás során kialakuló rezgések frekvenciáját ill. tartományát.
A kutatás során kapott módszerek és eredmények - az elméleti modellek valós paraméterekkel való feltöltése után - lehetővé teszik a valós, ipari alkalmazást is.
Results in English
Valve instability analysis
An experimental rig was designed and built especially for safety valve chatter measurements. Several series of measurements were performed. Based on the measurements, detailed mathematical models were developed with different complexities, both linear and nonlinear ones. These models were compared to the measurements and a satisfactory agreement was found.
These experiences allowed us to develop a reduced model, which captures the mechanisms of valve instability qualitatively, i.e. it clearly captures yet distinguishes the so-called pipe mode and valve mode. Moreover, due to its simplicity, it enables one to analyse the effect of system parameters in a quick, clear and efficient way.
PID control of a hydraulic cylinder
We developed a mathematical model, that is verified by measurement and allows one to analyse the effect of (a) valve dead zone (backlash) and time delay due to discrete sampling time. For both cases, the stability border and the frequency and amplitude of the post-stability limit cycles was computed by means of the toolbox of nonsmooth systems.
The techniques and results obtained during the research are applicable also for real-life applications.
Bazsó Cs., Hős Cs.: An experimental study on relief valve chatter, Stépán G, T. Szalay, Á. Antal, I. Gyurika (szerk.): Gépészet 2010: Proceedings of the Seventh Conference on Mechanical Engineering. Budapest, Magyarország, 2010.05.25, 2010
Bazsó Cs., Hős Cs.: An experimental, numerical and theoretical study on valve chatter, Fluid Power and Motion Control (FPMC 2010). Bath, Anglia, 2010.09.15-2010.09.17., pp. 493-504. (ISBN: 978-1-86197-181-4), 2010
Bazsó Cs., Hős Cs.: Nyomáshatároló szelep átfolyási tényezőjének meghatározása a szeleptestre ható erők elméleti és kísérleti vizsgálatával, Dr. Csibi Venczel (szerk.) OGÉT 2010-XVIII. Nemzetközi Gépészeti Találkozó. Baia Mare, Románia, 2010.04.22-2010.04.25. (OGÉT), Kolozsvár, Erdélyi Magyar Műszaki Tudományo, 2010
Bazsó Cs., Hős Cs.: On the influence of transmission line dynamics on relief valve chatter, 7th International Fluid Power Conference: Efficiency through Fluid Power. Aachen, Németország, 2010.03.22-2010.03.24., Aachen, pp. 1-12. Paper 9., ISBN: 978-3-940565-91-4, 2010
Bazsó Cs., Hős Cs.: A CFD STUDY ON THE STABILITY OF A HYDRAULIC PRESSURE RELIEF VALVE VALVE, Proceedings of the Conference on Modelling Fluid Flow (CMFF’12), 2012
