S neustálym vývojom a pokrokom hydraulickej techniky sú oblasti jej použitia čoraz rozsiahlejšie. Hydraulický systém používaný na dokončenie prevodových a riadiacich funkcií je stále zložitejší a kladú sa vyššie požiadavky na jeho systémovú flexibilitu a rôzne výkony. To všetko prinieslo presnejšie a hlbšie požiadavky na návrh a výrobu moderných hydraulických systémov. Zďaleka nie je možné splniť vyššie uvedené požiadavky iba použitím tradičného systému na dokončenie vopred určeného akčného cyklu pohonu a splnenie požiadaviek na statický výkon systému.
Preto je pre výskumníkov zaoberajúcich sa návrhom moderných hydraulických systémov veľmi potrebné študovať dynamické charakteristiky hydraulických prevodových a riadiacich systémov, pochopiť a zvládnuť dynamické charakteristiky a zmeny parametrov v pracovnom procese hydraulického systému tak, aby ďalej zlepšovať a zdokonaľovať hydraulický systém. .
1. Podstata dynamických charakteristík hydraulického systému
Dynamické charakteristiky hydraulického systému sú v podstate vlastnosti, ktoré hydraulický systém vykazuje počas procesu straty pôvodného rovnovážneho stavu a dosiahnutia nového rovnovážneho stavu. Okrem toho existujú dva hlavné dôvody pre narušenie pôvodného rovnovážneho stavu hydraulického systému a spustenie jeho dynamického procesu: jeden je spôsobený procesnou zmenou prevodového alebo riadiaceho systému; druhý je spôsobený vonkajším rušením. V tomto dynamickom procese sa každá premenná parametra v hydraulickom systéme mení s časom a výkon tohto procesu zmeny určuje kvalitu dynamických charakteristík systému.
2. Metóda výskumu hydraulických dynamických charakteristík
Hlavnými metódami na štúdium dynamických charakteristík hydraulických systémov sú metóda funkčnej analýzy, metóda simulácie, metóda experimentálneho výskumu a metóda digitálnej simulácie.
2.1 Metóda funkčnej analýzy
Analýza prenosových funkcií je výskumná metóda založená na klasickej teórii riadenia. Analýza dynamických charakteristík hydraulických systémov klasickou teóriou riadenia sa zvyčajne obmedzuje na lineárne systémy s jedným vstupom a jedným výstupom. Vo všeobecnosti sa najprv vytvorí matematický model systému a zapíše sa jeho prírastková forma a potom sa vykoná Laplaceova transformácia, takže sa získa prenosová funkcia systému a potom sa prenosová funkcia systému prevedie na Bodeho znázornenie diagramu, ktoré sa dá ľahko intuitívne analyzovať. Nakoniec sa charakteristiky odozvy analyzujú pomocou krivky fázy-frekvencie a krivky amplitúdy-frekvencie v Bodeho diagrame. Keď sa stretávame s nelineárnymi problémami, jeho nelineárne faktory sú často ignorované alebo zjednodušené do lineárneho systému. V skutočnosti majú hydraulické systémy často zložité nelineárne faktory, takže pri analýze dynamických charakteristík hydraulických systémov touto metódou dochádza k veľkým chybám analýzy. Okrem toho metóda analýzy prenosových funkcií zaobchádza s výskumným objektom ako s čiernou skrinkou, zameriava sa iba na vstup a výstup systému a nerozoberá vnútorný stav výskumného objektu.
Metódou analýzy stavového priestoru je napísať matematický model dynamického procesu skúmaného hydraulického systému ako stavovú rovnicu, čo je systém diferenciálnych rovníc prvého rádu, ktorý predstavuje deriváciu prvého rádu každej stavovej premennej v hydraulickom systéme. systému. Funkcia niekoľkých ďalších stavových premenných a vstupných premenných; tento funkčný vzťah môže byť lineárny alebo nelineárny. Na napísanie matematického modelu dynamického procesu hydraulického systému vo forme stavovej rovnice je bežne používanou metódou použiť prenosovú funkciu na odvodenie rovnice stavovej funkcie alebo použiť diferenciálnu rovnicu vyššieho rádu na odvodenie stavová rovnica a diagram výkonovej väzby sa môže použiť aj na zostavenie stavovej rovnice. Táto metóda analýzy venuje pozornosť vnútorným zmenám skúmaného systému a dokáže sa vysporiadať s problémami s viacerými vstupmi a výstupmi, čo výrazne zlepšuje nedostatky metódy analýzy prenosových funkcií.
Metóda funkčnej analýzy vrátane metódy analýzy prenosovej funkcie a metódy analýzy stavového priestoru je matematickým základom pre ľudí na pochopenie a analýzu vnútorných dynamických charakteristík hydraulického systému. Metóda funkcie popisu sa používa na analýzu, takže sa nevyhnutne vyskytujú chyby analýzy a často sa používa pri analýze jednoduchých systémov.
2.2 Metóda simulácie
V dobe, keď výpočtová technika ešte nebola populárna, bolo použitie analógových počítačov alebo analógových obvodov na simuláciu a analýzu dynamických charakteristík hydraulických systémov tiež praktickou a efektívnou výskumnou metódou. Analógový počítač sa zrodil pred digitálnym počítačom a jeho princípom je študovať charakteristiky analógového systému na základe podobnosti v matematickom popise meniacich sa zákonov rôznych fyzikálnych veličín. Jeho vnútorná premenná je plynule sa meniaca premenná napätia a činnosť premennej je založená na podobnom prevádzkovom vzťahu elektrických charakteristík napätia, prúdu a komponentov v obvode.
Analógové počítače sú vhodné najmä na riešenie obyčajných diferenciálnych rovníc, preto sa nazývajú aj analógové diferenciálne analyzátory. Väčšina dynamických procesov fyzikálnych systémov vrátane hydraulických systémov je vyjadrená v matematickej forme diferenciálnych rovníc, preto sú analógové počítače veľmi vhodné na simulačný výskum dynamických systémov.
Pri fungovaní simulačnej metódy sa rôzne výpočtové komponenty spájajú podľa matematického modelu systému a výpočty sa vykonávajú paralelne. Výstupné napätia každého výpočtového komponentu predstavujú zodpovedajúce premenné v systéme. Výhody vzťahu. Hlavným účelom tejto analytickej metódy je však poskytnúť elektronický model, ktorý možno použiť na experimentálny výskum, a nie získať presnú analýzu matematických problémov, takže má fatálnu nevýhodu nízkej presnosti výpočtu; navyše jeho analógový obvod má často zložitú štruktúru, je odolný voči Schopnosť zasahovať do vonkajšieho sveta je extrémne slabá.
2.3 Experimentálna výskumná metóda
Experimentálna výskumná metóda je nepostrádateľnou výskumnou metódou na analýzu dynamických charakteristík hydraulického systému, najmä ak v minulosti neexistuje praktická teoretická výskumná metóda, akou je digitálna simulácia, možno ju analyzovať iba experimentálnymi metódami. Experimentálnym výskumom môžeme intuitívne a pravdivo pochopiť dynamické charakteristiky hydraulického systému a zmeny súvisiacich parametrov, avšak analýza hydraulického systému pomocou experimentov má nevýhody v dlhej dobe a vysokej cene.
Navyše v prípade zložitého hydraulického systému si ani skúsení inžinieri nie sú úplne istí jeho presným matematickým modelovaním, takže nie je možné vykonať správnu analýzu a výskum jeho dynamického procesu. Presnosť zostaveného modelu môže byť efektívne overená pomocou metódy kombinovania s experimentom a môžu byť poskytnuté návrhy na revíziu na vytvorenie správneho modelu; zároveň je možné výsledky týchto dvoch porovnávať simuláciou a experimentálnym výskumom za rovnakých podmienok Analýza, aby sa zabezpečilo, že chyby simulácie a experimentov sú v kontrolovateľnom rozsahu, aby sa cyklus výskumu mohol skrátiť a prínosy možno zlepšiť na základe zabezpečenia efektívnosti a kvality. Preto sa dnešná experimentálna výskumná metóda často používa ako nevyhnutný prostriedok na porovnanie a overenie výsledkov numerickej simulácie alebo iného teoretického výskumu dôležitých dynamických charakteristík hydraulického systému.
2.4 Metóda digitálnej simulácie
Pokrok modernej teórie riadenia a rozvoj výpočtovej techniky priniesli novú metódu štúdia dynamických charakteristík hydraulického systému, a to digitálnu simulačnú metódu. Pri tejto metóde sa najprv vytvorí matematický model procesu hydraulického systému a vyjadrí sa stavovou rovnicou a potom sa na počítači získa riešenie každej hlavnej premennej systému v dynamickom procese v časovej oblasti.
Metóda digitálnej simulácie je vhodná pre lineárne aj nelineárne systémy. Môže simulovať zmeny parametrov systému pri pôsobení akejkoľvek vstupnej funkcie a potom získať priame a komplexné pochopenie dynamického procesu hydraulického systému. Dynamický výkon hydraulického systému je možné predpovedať v prvej fáze, aby sa výsledky návrhu mohli porovnávať, overovať a zlepšovať v čase, čo môže efektívne zabezpečiť, že navrhnutý hydraulický systém má dobrý pracovný výkon a vysokú spoľahlivosť. V porovnaní s inými prostriedkami a metódami štúdia hydraulického dynamického výkonu má digitálna simulačná technológia výhody presnosti, spoľahlivosti, silnej adaptability, krátkeho cyklu a ekonomických úspor. Preto bola metóda digitálnej simulácie široko používaná v oblasti výskumu hydraulického dynamického výkonu.
3. Smer vývoja metód výskumu hydraulických dynamických charakteristík
Prostredníctvom teoretickej analýzy digitálnej simulačnej metódy v kombinácii s výskumnou metódou porovnávania a overovania experimentálnych výsledkov sa stala hlavnou metódou štúdia hydraulických dynamických charakteristík. Okrem toho, vzhľadom na nadradenosť technológie digitálnej simulácie, bude vývoj výskumu hydraulických dynamických charakteristík úzko spojený s vývojom technológie digitálnej simulácie. Hĺbkové štúdium teórie modelovania a súvisiacich algoritmov hydraulického systému a vývoj softvéru na simuláciu hydraulického systému, ktorý sa dá ľahko modelovať, takže hydraulika môže venovať viac energie výskumu základnej práce hydraulického systému. rozvoj oblasti výskumu hydraulických dynamických charakteristík. jeden zo smerov.
Okrem toho, vzhľadom na zložitosť zloženia moderných hydraulických systémov, sú do štúdia ich dynamických charakteristík často zapojené mechanické, elektrické a dokonca aj pneumatické otázky. Je vidieť, že dynamická analýza hydraulického systému je niekedy komplexnou analýzou problémov, ako je elektromechanická hydraulika. Preto sa vývoj univerzálneho hydraulického simulačného softvéru v kombinácii s príslušnými výhodami simulačného softvéru v rôznych oblastiach výskumu na dosiahnutie viacrozmernej spoločnej simulácie hydraulických systémov stal hlavným smerom vývoja súčasnej metódy výskumu hydraulických dynamických charakteristík.
So zlepšením požiadaviek na výkon moderného hydraulického systému tradičný hydraulický systém na dokončenie vopred stanoveného akčného cyklu pohonu a splnenie požiadaviek na statický výkon systému už nemôže spĺňať požiadavky, takže je nevyhnutné študovať dynamické charakteristiky pohonu. hydraulický systém.
Na základe objasnenia podstaty výskumu dynamických charakteristík hydraulického systému tento príspevok podrobne predstavuje štyri hlavné metódy štúdia dynamických charakteristík hydraulického systému, vrátane metódy funkčnej analýzy, metódy simulácie, experimentálneho výskumu metóda a metóda digitálnej simulácie a ich výhody a nevýhody. Poukazuje sa na to, že vývoj ľahko modelovateľného softvéru na simuláciu hydraulických systémov a spoločná simulácia multidoménového simulačného softvéru sú hlavnými smermi vývoja metódy výskumu hydraulických dynamických charakteristík v budúcnosti.
Čas odoslania: 17. januára 2023