Mètode de recerca de les característiques dinàmiques del sistema hidràulic

Amb el desenvolupament continu i el progrés de la tecnologia hidràulica, els seus camps d'aplicació són cada cop més extensos. El sistema hidràulic que s'utilitza per completar les funcions de transmissió i control és cada cop més complex i es plantegen requisits més elevats per a la flexibilitat del sistema i les seves diferents prestacions. Tot això ha aportat requisits més precisos i profunds al disseny i fabricació de sistemes hidràulics moderns. Està lluny de poder complir els requisits anteriors només utilitzant el sistema tradicional per completar el cicle d'acció predeterminat de l'actuador i complir els requisits de rendiment estàtic del sistema.

Per tant, per als investigadors que es dediquen al disseny de sistemes hidràulics moderns, és molt necessari estudiar les característiques dinàmiques dels sistemes de transmissió i control hidràulics, comprendre i dominar les característiques dinàmiques i els canvis de paràmetres en el procés de treball del sistema hidràulic, per tal de millorar i perfeccionar encara més el sistema hidràulic. .

1. L'essència de les característiques dinàmiques del sistema hidràulic

Les característiques dinàmiques del sistema hidràulic són essencialment les característiques que presenta el sistema hidràulic durant el procés de pèrdua del seu estat d'equilibri original i d'arribar a un nou estat d'equilibri. A més, hi ha dues raons principals per trencar l'estat d'equilibri original del sistema hidràulic i desencadenar el seu procés dinàmic: una és causada pel canvi de procés del sistema de transmissió o control; l'altre és causat per interferències externes. En aquest procés dinàmic, cada paràmetre variable del sistema hidràulic canvia amb el temps, i el rendiment d'aquest procés de canvi determina la qualitat de les característiques dinàmiques del sistema.

2. Mètode d'investigació de les característiques dinàmiques hidràuliques

Els principals mètodes per estudiar les característiques dinàmiques dels sistemes hidràulics són el mètode d'anàlisi de funcions, el mètode de simulació, el mètode d'investigació experimental i el mètode de simulació digital.

2.1 Mètode d'anàlisi de funcions
L'anàlisi de la funció de transferència és un mètode d'investigació basat en la teoria clàssica del control. L'anàlisi de les característiques dinàmiques dels sistemes hidràulics amb la teoria de control clàssica sol limitar-se als sistemes lineals d'una sola entrada i d'una sola sortida. En general, primer s'estableix el model matemàtic del sistema i s'escriu la seva forma incremental, i després es realitza la transformada de Laplace, de manera que s'obté la funció de transferència del sistema i després la funció de transferència del sistema es converteix en un Bode representació del diagrama que és fàcil d'analitzar de manera intuïtiva. Finalment, s'analitzen les característiques de resposta mitjançant la corba fase-freqüència i la corba amplitud-freqüència del diagrama de Bode. Quan es troben problemes no lineals, els seus factors no lineals sovint s'ignoren o es simplifiquen en un sistema lineal. De fet, els sistemes hidràulics solen tenir factors no lineals complexos, de manera que hi ha grans errors d'anàlisi en l'anàlisi de les característiques dinàmiques dels sistemes hidràulics amb aquest mètode. A més, el mètode d'anàlisi de la funció de transferència tracta l'objecte de recerca com una caixa negra, només se centra en l'entrada i sortida del sistema i no discuteix l'estat intern de l'objecte de recerca.

El mètode d'anàlisi de l'espai d'estats consisteix a escriure el model matemàtic del procés dinàmic del sistema hidràulic objecte d'estudi com una equació d'estat, que és un sistema d'equacions diferencials de primer ordre, que representa la derivada de primer ordre de cada variable d'estat en el sistema hidràulic. sistema. Una funció de diverses altres variables d'estat i variables d'entrada; aquesta relació funcional pot ser lineal o no lineal. Per escriure un model matemàtic del procés dinàmic d'un sistema hidràulic en forma d'equació d'estat, el mètode utilitzat habitualment és utilitzar la funció de transferència per derivar l'equació de la funció d'estat, o utilitzar l'equació diferencial d'ordre superior per derivar la l'equació d'estat i el diagrama d'enllaç de potència també es poden utilitzar per enumerar l'equació d'estat. Aquest mètode d'anàlisi presta atenció als canvis interns del sistema investigat i pot tractar problemes de múltiples entrades i múltiples sortides, cosa que millora molt les deficiències del mètode d'anàlisi de la funció de transferència.

El mètode d'anàlisi de funcions, inclòs el mètode d'anàlisi de la funció de transferència i el mètode d'anàlisi de l'espai d'estat, és la base matemàtica perquè les persones entenguin i analitzin les característiques dinàmiques internes del sistema hidràulic. El mètode de funció de descripció s'utilitza per a l'anàlisi, de manera que es produeixen errors d'anàlisi inevitablement, i sovint s'utilitza en l'anàlisi de sistemes senzills.

2.2 Mètode de simulació
En l'època en què la tecnologia informàtica encara no era popular, utilitzar ordinadors analògics o circuits analògics per simular i analitzar les característiques dinàmiques dels sistemes hidràulics també era un mètode d'investigació pràctic i eficaç. L'ordinador analògic va néixer abans que l'ordinador digital, i el seu principi és estudiar les característiques del sistema analògic basant-se en la similitud en la descripció matemàtica de les lleis canviants de diferents magnituds físiques. La seva variable interna és una variable de tensió que canvia contínuament, i el funcionament de la variable es basa en la relació de funcionament similar de les característiques elèctriques de la tensió, el corrent i els components del circuit.

Els ordinadors analògics són especialment adequats per resoldre equacions diferencials ordinàries, de manera que també s'anomenen analitzadors diferencials analògics. La majoria dels processos dinàmics dels sistemes físics, inclosos els sistemes hidràulics, s'expressen en forma matemàtica d'equacions diferencials, de manera que els ordinadors analògics són molt adequats per a la investigació de simulació de sistemes dinàmics.

Quan el mètode de simulació funciona, es connecten diversos components informàtics segons el model matemàtic del sistema i els càlculs es realitzen en paral·lel. Les tensions de sortida de cada component informàtic representen les variables corresponents del sistema. Avantatges de la relació. No obstant això, l'objectiu principal d'aquest mètode d'anàlisi és proporcionar un model electrònic que es pugui utilitzar per a investigacions experimentals, en lloc d'obtenir una anàlisi precisa de problemes matemàtics, per la qual cosa té el desavantatge fatal de la baixa precisió de càlcul; a més, el seu circuit analògic és sovint d'estructura complexa, resistent a La capacitat d'interferir amb el món exterior és extremadament pobre.

2.3 Mètode de recerca experimental
El mètode d'investigació experimental és un mètode d'investigació indispensable per analitzar les característiques dinàmiques del sistema hidràulic, especialment quan no hi ha un mètode d'investigació teòric pràctic com ara la simulació digital en el passat, només es pot analitzar mitjançant mètodes experimentals. Mitjançant la investigació experimental, podem comprendre de manera intuïtiva i veritable les característiques dinàmiques del sistema hidràulic i els canvis dels paràmetres relacionats, però l'anàlisi del sistema hidràulic mitjançant experiments té els inconvenients d'un llarg període i un alt cost.

A més, per al complex sistema hidràulic, fins i tot els enginyers experimentats no estan del tot segurs del seu model matemàtic precís, de manera que és impossible dur a terme anàlisis i investigacions correctes sobre el seu procés dinàmic. La precisió del model construït es pot verificar eficaçment mitjançant el mètode de combinació amb l'experiment, i es poden proporcionar suggeriments per a la revisió per establir el model correcte; al mateix temps, els resultats dels dos es poden comparar mitjançant simulació i investigació experimental en les mateixes condicions Anàlisi, per garantir que els errors de simulació i experiments estiguin dins del rang controlable, de manera que el cicle de recerca es pugui escurçar i els beneficis es pot millorar sobre la base de garantir l'eficiència i la qualitat. Per tant, el mètode d'investigació experimental actual s'utilitza sovint com a mitjà necessari per comparar i verificar la simulació numèrica o altres resultats de la investigació teòrica d'importants característiques dinàmiques del sistema hidràulic.

2.4 Mètode de simulació digital
El progrés de la teoria moderna del control i el desenvolupament de la tecnologia informàtica han aportat un nou mètode per a l'estudi de les característiques dinàmiques del sistema hidràulic, és a dir, el mètode de simulació digital. En aquest mètode, primer s'estableix el model matemàtic del procés del sistema hidràulic i s'expressa mitjançant l'equació d'estat, i després s'obté a l'ordinador la solució en el domini del temps de cada variable principal del sistema en el procés dinàmic.

El mètode de simulació digital és adequat tant per a sistemes lineals com per a sistemes no lineals. Pot simular els canvis dels paràmetres del sistema sota l'acció de qualsevol funció d'entrada i, a continuació, obtenir una comprensió directa i completa del procés dinàmic del sistema hidràulic. El rendiment dinàmic del sistema hidràulic es pot predir en la primera etapa, de manera que els resultats del disseny es poden comparar, verificar i millorar a temps, cosa que pot garantir de manera eficaç que el sistema hidràulic dissenyat tingui un bon rendiment de treball i una alta fiabilitat. En comparació amb altres mitjans i mètodes d'estudi del rendiment dinàmic hidràulic, la tecnologia de simulació digital té els avantatges de precisió, fiabilitat, gran adaptabilitat, cicle curt i estalvi econòmic. Per tant, el mètode de simulació digital s'ha utilitzat àmpliament en el camp de la investigació del rendiment dinàmic hidràulic.

3. Direcció de desenvolupament de mètodes d'investigació de característiques dinàmiques hidràuliques

Mitjançant l'anàlisi teòrica del mètode de simulació digital, combinat amb el mètode d'investigació de comparació i verificació dels resultats experimentals, s'ha convertit en el mètode principal per estudiar les característiques dinàmiques hidràuliques. A més, a causa de la superioritat de la tecnologia de simulació digital, el desenvolupament de la investigació sobre característiques dinàmiques hidràuliques estarà estretament integrat amb el desenvolupament de la tecnologia de simulació digital. L'estudi en profunditat de la teoria del modelatge i els algorismes relacionats del sistema hidràulic, i el desenvolupament de programari de simulació del sistema hidràulic que sigui fàcil de modelar, de manera que els tècnics hidràulics puguin dedicar més energia a la recerca del treball essencial del sistema hidràulic. el desenvolupament del camp de la investigació de característiques dinàmiques hidràuliques. una de les direccions.

A més, atesa la complexitat de la composició dels sistemes hidràulics moderns, sovint intervenen problemes mecànics, elèctrics i fins i tot pneumàtics en l'estudi de les seves característiques dinàmiques. Es pot veure que l'anàlisi dinàmica del sistema hidràulic és de vegades una anàlisi exhaustiva de problemes com la hidràulica electromecànica. Per tant, el desenvolupament del programari de simulació hidràulica universal, combinat amb els respectius avantatges del programari de simulació en diferents camps d'investigació, per aconseguir la simulació conjunta multidimensional de sistemes hidràulics s'ha convertit en la principal direcció de desenvolupament del mètode d'investigació de característiques dinàmiques hidràuliques actual.

Amb la millora dels requisits de rendiment del sistema hidràulic modern, el sistema hidràulic tradicional per completar el cicle d'acció predeterminat de l'actuador i complir els requisits de rendiment estàtic del sistema ja no pot complir els requisits, per la qual cosa és imprescindible estudiar les característiques dinàmiques de el sistema hidràulic.

A partir d'exposar l'essència de la investigació sobre les característiques dinàmiques del sistema hidràulic, aquest article presenta en detall quatre mètodes principals per estudiar les característiques dinàmiques del sistema hidràulic, incloent el mètode d'anàlisi de funcions, el mètode de simulació, la investigació experimental. mètode i el mètode de simulació digital, i els seus avantatges i inconvenients. Es destaca que el desenvolupament de programari de simulació de sistemes hidràulics que sigui fàcil de modelar i la simulació conjunta de programari de simulació multidomini són les principals direccions de desenvolupament del mètode d'investigació de característiques dinàmiques hidràuliques en el futur.