S neustálým vývojem a pokrokem hydraulické techniky se oblasti jejího použití stávají stále širší. Hydraulický systém používaný k dokončení převodových a řídicích funkcí je stále složitější a jsou kladeny vyšší požadavky na flexibilitu systému a různé výkony. To vše přineslo přesnější a hlubší požadavky na konstrukci a výrobu moderních hydraulických systémů. Zdaleka není možné splnit výše uvedené požadavky pouze použitím tradičního systému k dokončení předem stanoveného akčního cyklu pohonu a splnění požadavků na statický výkon systému.
Proto je pro výzkumníky zabývající se návrhem moderních hydraulických systémů velmi nutné studovat dynamické charakteristiky hydraulických převodových a řídicích systémů, pochopit a zvládnout dynamické charakteristiky a změny parametrů v pracovním procesu hydraulického systému tak, aby dále zdokonalovat a zdokonalovat hydraulický systém. .
1. Podstata dynamických charakteristik hydraulického systému
Dynamické charakteristiky hydraulického systému jsou v podstatě vlastnosti, které hydraulický systém vykazuje během procesu ztráty původního rovnovážného stavu a dosažení nového rovnovážného stavu. Dále existují dva hlavní důvody pro porušení původního rovnovážného stavu hydraulického systému a spuštění jeho dynamického procesu: jeden je způsoben procesní změnou převodového nebo řídicího systému; druhý je způsoben vnějším rušením. V tomto dynamickém procesu se každá proměnná parametru v hydraulickém systému mění s časem a výkon tohoto procesu změny určuje kvalitu dynamických charakteristik systému.
2. Metoda výzkumu hydraulických dynamických charakteristik
Hlavními metodami pro studium dynamických charakteristik hydraulických systémů jsou metoda funkční analýzy, metoda simulace, metoda experimentálního výzkumu a metoda digitální simulace.
2.1 Metoda funkční analýzy
Analýza přenosových funkcí je výzkumná metoda založená na klasické teorii řízení. Analýza dynamických charakteristik hydraulických systémů klasickou teorií řízení se obvykle omezuje na lineární systémy s jedním vstupem a jedním výstupem. Obecně se nejprve vytvoří matematický model systému a zapíše se jeho přírůstková forma a poté se provede Laplaceova transformace, takže se získá přenosová funkce systému a poté se přenosová funkce systému převede na Bodeho diagram, který lze snadno intuitivně analyzovat. Nakonec jsou charakteristiky odezvy analyzovány prostřednictvím křivky fáze-frekvence a křivky amplitudy-frekvence v Bodeově diagramu. Při setkání s nelineárními problémy jsou jejich nelineární faktory často ignorovány nebo zjednodušeny do lineárního systému. Ve skutečnosti mají hydraulické systémy často složité nelineární faktory, takže při analýze dynamických charakteristik hydraulických systémů touto metodou dochází k velkým chybám analýzy. Navíc metoda analýzy přenosových funkcí zachází s výzkumným objektem jako s černou skříňkou, zaměřuje se pouze na vstup a výstup systému a nepojednává o vnitřním stavu výzkumného objektu.
Metodou analýzy stavového prostoru je napsat matematický model dynamického procesu studovaného hydraulického systému jako stavovou rovnici, což je systém diferenciálních rovnic prvního řádu, který představuje derivaci prvního řádu každé stavové proměnné v hydraulickém systému. systém. Funkce několika dalších stavových a vstupních proměnných; tento funkční vztah může být lineární nebo nelineární. Pro sepsání matematického modelu dynamického procesu hydraulického systému ve formě stavové rovnice je běžně používanou metodou použití přenosové funkce k odvození rovnice stavové funkce nebo použití diferenciální rovnice vyššího řádu k odvození stavové rovnice. stavová rovnice a diagram výkonové vazby lze také použít k výpisu stavové rovnice. Tato metoda analýzy věnuje pozornost vnitřním změnám zkoumaného systému a dokáže se vypořádat s problémy s více vstupy a více výstupy, což výrazně zlepšuje nedostatky metody analýzy přenosových funkcí.
Metoda funkční analýzy včetně metody analýzy přenosové funkce a metody analýzy stavového prostoru je matematickým základem pro lidi k pochopení a analýze vnitřních dynamických charakteristik hydraulického systému. Pro analýzu se používá metoda popisné funkce, takže nevyhnutelně dochází k chybám analýzy a často se používá při analýze jednoduchých systémů.
2.2 Simulační metoda
V době, kdy počítačová technologie ještě nebyla populární, bylo použití analogových počítačů nebo analogových obvodů k simulaci a analýze dynamických charakteristik hydraulických systémů také praktickou a účinnou výzkumnou metodou. Analogový počítač se zrodil před digitálním počítačem a jeho principem je studium charakteristik analogového systému na základě podobnosti v matematickém popisu měnících se zákonů různých fyzikálních veličin. Jeho vnitřní proměnná je plynule se měnící napěťová proměnná a činnost proměnné je založena na podobném provozním vztahu elektrických charakteristik napětí, proudu a součástí v obvodu.
Analogové počítače jsou vhodné zejména pro řešení obyčejných diferenciálních rovnic, proto se jim také říká analogové diferenciální analyzátory. Většina dynamických procesů fyzikálních systémů včetně hydraulických systémů je vyjádřena matematickou formou diferenciálních rovnic, proto jsou analogové počítače velmi vhodné pro simulační výzkum dynamických systémů.
Když simulační metoda funguje, jsou různé výpočetní komponenty zapojeny podle matematického modelu systému a výpočty jsou prováděny paralelně. Výstupní napětí každé výpočetní komponenty představují odpovídající proměnné v systému. Výhody vztahu. Hlavním účelem této analytické metody je však poskytnout elektronický model, který lze použít pro experimentální výzkum, spíše než získat přesnou analýzu matematických problémů, takže má fatální nevýhodu v nízké přesnosti výpočtu; navíc jeho analogový obvod má často složitou strukturu, je odolný vůči Schopnost zasahovat do vnějšího světa je extrémně špatná.
2.3 Experimentální výzkumná metoda
Experimentální výzkumná metoda je nepostradatelnou výzkumnou metodou pro analýzu dynamických charakteristik hydraulického systému, zvláště když v minulosti neexistuje žádná praktická teoretická výzkumná metoda, jako je digitální simulace, lze ji analyzovat pouze experimentálními metodami. Prostřednictvím experimentálního výzkumu můžeme intuitivně a pravdivě porozumět dynamickým charakteristikám hydraulického systému a změnám souvisejících parametrů, ale analýza hydraulického systému pomocí experimentů má nevýhody dlouhé doby a vysokých nákladů.
U složitého hydraulického systému si navíc ani zkušení inženýři nejsou zcela jisti jeho přesným matematickým modelováním, takže je nemožné provést správnou analýzu a výzkum jeho dynamického procesu. Přesnost sestaveného modelu může být efektivně ověřena pomocí metody kombinování s experimentem a mohou být poskytnuty návrhy na revizi pro stanovení správného modelu; současně lze výsledky obou porovnávat simulací a experimentálním výzkumem za stejných podmínek Analýza, aby se zajistilo, že chyby simulace a experimentů jsou v kontrolovatelném rozsahu, takže cyklus výzkumu může být zkrácen a přínosy lze zlepšit na základě zajištění účinnosti a kvality. Proto je dnešní experimentální výzkumná metoda často využívána jako nezbytný prostředek pro porovnání a ověření numerických simulací nebo jiných teoretických výsledků výzkumu důležitých dynamických charakteristik hydraulického systému.
2.4 Metoda digitální simulace
Pokrok moderní teorie řízení a rozvoj výpočetní techniky přinesly novou metodu studia dynamických charakteristik hydraulického systému, a to digitální simulační metodu. Při této metodě se nejprve sestaví matematický model procesu hydraulického systému a vyjádří se stavovou rovnicí a poté se na počítači získá řešení každé hlavní proměnné systému v dynamickém procesu v časové oblasti.
Metoda digitální simulace je vhodná jak pro lineární systémy, tak pro nelineární systémy. Může simulovat změny parametrů systému při působení jakékoli vstupní funkce a poté získat přímé a komplexní pochopení dynamického procesu hydraulického systému. Dynamický výkon hydraulického systému lze předvídat v první fázi, takže výsledky návrhu mohou být porovnány, ověřeny a zlepšeny v čase, což může účinně zajistit, že navržený hydraulický systém má dobrý pracovní výkon a vysokou spolehlivost. Ve srovnání s jinými prostředky a metodami studia hydraulického dynamického výkonu má digitální simulační technologie výhody přesnosti, spolehlivosti, silné adaptability, krátkého cyklu a ekonomických úspor. Proto byla metoda digitální simulace široce používána v oblasti výzkumu hydraulického dynamického výkonu.
3. Směr vývoje metod výzkumu hydraulických dynamických charakteristik
Prostřednictvím teoretické analýzy digitální simulační metody v kombinaci s výzkumnou metodou porovnávání a ověřování experimentálních výsledků se stala hlavní metodou pro studium hydraulických dynamických charakteristik. Kromě toho, vzhledem k nadřazenosti digitální simulační technologie, bude vývoj výzkumu hydraulických dynamických charakteristik úzce spojen s vývojem digitální simulační technologie. Hloubkové studium teorie modelování a souvisejících algoritmů hydraulického systému a vývoj softwaru pro simulaci hydraulického systému, který lze snadno modelovat, takže hydraulika může věnovat více energie výzkumu základní práce hydraulického systému. rozvoj oboru výzkumu hydraulických dynamických charakteristik. jeden ze směrů.
Navíc, s ohledem na složitost složení moderních hydraulických systémů, jsou do studia jejich dynamických charakteristik často zapojeny mechanické, elektrické a dokonce i pneumatické otázky. Je vidět, že dynamická analýza hydraulického systému je někdy komplexní analýzou problémů, jako je elektromechanická hydraulika. Proto se vývoj univerzálního hydraulického simulačního softwaru v kombinaci s příslušnými výhodami simulačního softwaru v různých oblastech výzkumu za účelem dosažení vícerozměrné společné simulace hydraulických systémů stal hlavním vývojovým směrem současné metody výzkumu hydraulických dynamických charakteristik.
Se zlepšením požadavků na výkon moderního hydraulického systému tradiční hydraulický systém pro dokončení předem stanoveného akčního cyklu pohonu a splnění požadavků na statický výkon systému již nemůže splňovat požadavky, takže je nezbytné studovat dynamické vlastnosti pohonu. hydraulický systém.
Na základě vysvětlení podstaty výzkumu dynamických charakteristik hydraulického systému tento článek podrobně představuje čtyři hlavní metody studia dynamických charakteristik hydraulického systému, včetně metody funkční analýzy, simulační metody, experimentálního výzkumu metoda a metoda digitální simulace a jejich výhody a nevýhody. Je poukázáno na to, že vývoj snadno modelovatelného softwaru pro simulaci hydraulických systémů a společná simulace vícedoménového simulačního softwaru jsou hlavními směry vývoje metody výzkumu hydraulických dynamických charakteristik do budoucna.
Čas odeslání: 17. ledna 2023