Método de investigación das características dinámicas do sistema hidráulico

Co continuo desenvolvemento e progreso da tecnoloxía hidráulica, os seus campos de aplicación son cada vez máis extensos. O sistema hidráulico utilizado para completar as funcións de transmisión e control é cada vez máis complexo, e propóñense requisitos máis elevados para a flexibilidade do seu sistema e as súas diversas actuacións. Todo isto trouxo requisitos máis precisos e profundos para o deseño e fabricación de sistemas hidráulicos modernos. Está lonxe de ser capaz de cumprir os requisitos anteriores só usando o sistema tradicional para completar o ciclo de acción predeterminado do actuador e cumprir os requisitos de rendemento estático do sistema.

Polo tanto, para os investigadores que se dedican ao deseño de sistemas hidráulicos modernos, é moi necesario estudar as características dinámicas dos sistemas de transmisión e control hidráulicos, comprender e dominar as características dinámicas e os cambios de parámetros no proceso de traballo do sistema hidráulico, co fin de mellorar e perfeccionar aínda máis o sistema hidráulico. .

1. A esencia das características dinámicas do sistema hidráulico

As características dinámicas do sistema hidráulico son esencialmente as características que presenta o sistema hidráulico durante o proceso de perder o seu estado de equilibrio orixinal e alcanzar un novo estado de equilibrio. Ademais, hai dúas razóns principais para romper o estado de equilibrio orixinal do sistema hidráulico e desencadear o seu proceso dinámico: unha é causada polo cambio de proceso do sistema de transmisión ou control; o outro é causado por interferencias externas. Neste proceso dinámico, cada parámetro variable do sistema hidráulico cambia co tempo e o desempeño deste proceso de cambio determina a calidade das características dinámicas do sistema.

2. Método de investigación das características dinámicas hidráulicas

Os principais métodos para estudar as características dinámicas dos sistemas hidráulicos son o método de análise de funcións, o método de simulación, o método de investigación experimental e o método de simulación dixital.

2.1 Método de análise de funcións
A análise da función de transferencia é un método de investigación baseado na teoría clásica de control. A análise das características dinámicas dos sistemas hidráulicos coa teoría clásica de control adoita limitarse a sistemas lineais dunha soa entrada e dunha soa saída. Xeralmente, primeiro establécese o modelo matemático do sistema e escríbese a súa forma incremental, e despois realízase a transformada de Laplace, de xeito que se obtén a función de transferencia do sistema e, a continuación, a función de transferencia do sistema convértese nun Bode. representación de diagramas que é fácil de analizar intuitivamente. Finalmente, analízanse as características de resposta mediante a curva fase-frecuencia e a curva amplitude-frecuencia no diagrama de Bode. Cando se atopan problemas non lineais, os seus factores non lineais son moitas veces ignorados ou simplificados nun sistema lineal. De feito, os sistemas hidráulicos adoitan ter factores non lineais complexos, polo que hai grandes erros de análise ao analizar as características dinámicas dos sistemas hidráulicos con este método. Ademais, o método de análise da función de transferencia trata o obxecto de investigación como unha caixa negra, só se centra na entrada e saída do sistema e non discute o estado interno do obxecto de investigación.

O método de análise do espazo de estado consiste en escribir o modelo matemático do proceso dinámico do sistema hidráulico obxecto de estudo como unha ecuación de estado, que é un sistema de ecuacións diferenciais de primeira orde, que representa a derivada de primeira orde de cada variable de estado no sistema hidráulico. sistema. Unha función de varias outras variables de estado e variables de entrada; esta relación funcional pode ser lineal ou non lineal. Para escribir un modelo matemático do proceso dinámico dun sistema hidráulico en forma de ecuación de estado, o método comúnmente usado é usar a función de transferencia para derivar a ecuación da función de estado, ou usar a ecuación diferencial de orde superior para derivar a ecuación de estado e o diagrama de enlace de potencia tamén se pode usar para enumerar a ecuación de estado. Este método de análise presta atención aos cambios internos do sistema investigado e pode xestionar problemas de múltiples entradas e saídas múltiples, o que mellora moito as deficiencias do método de análise da función de transferencia.

O método de análise de funcións, incluíndo o método de análise da función de transferencia e o método de análise do espazo de estado, é a base matemática para que as persoas comprendan e analicen as características dinámicas internas do sistema hidráulico. O método de función de descrición utilízase para a análise, polo que se producen erros de análise inevitablemente e úsase a miúdo na análise de sistemas sinxelos.

2.2 Método de simulación
Na época na que a tecnoloxía informática aínda non era popular, utilizar ordenadores analóxicos ou circuítos analóxicos para simular e analizar as características dinámicas dos sistemas hidráulicos tamén era un método de investigación práctico e eficaz. A computadora analóxica naceu antes que a computadora dixital, e o seu principio é estudar as características do sistema analóxico baseándose na semellanza na descrición matemática das leis cambiantes de diferentes cantidades físicas. A súa variable interna é unha variable de tensión que cambia continuamente e o funcionamento da variable baséase na relación de funcionamento similar das características eléctricas da tensión, a corrente e os compoñentes do circuíto.

Os ordenadores analóxicos son especialmente axeitados para resolver ecuacións diferenciais ordinarias, polo que tamén se lles denomina analizadores diferenciais analóxicos. A maioría dos procesos dinámicos dos sistemas físicos, incluídos os sistemas hidráulicos, exprésanse na forma matemática de ecuacións diferenciais, polo que as computadoras analóxicas son moi adecuadas para a investigación de simulación de sistemas dinámicos.

Cando o método de simulación funciona, conéctanse varios compoñentes informáticos segundo o modelo matemático do sistema e os cálculos realízanse en paralelo. As tensións de saída de cada compoñente informático representan as variables correspondentes no sistema. Vantaxes da relación. Non obstante, o obxectivo principal deste método de análise é proporcionar un modelo electrónico que se poida empregar para a investigación experimental, en lugar de obter unha análise precisa de problemas matemáticos, polo que ten a fatal desvantaxe da baixa precisión de cálculo; ademais, o seu circuíto analóxico adoita ser de estrutura complexa, resistente a A capacidade de interferir co mundo exterior é extremadamente pobre.

2.3 Método de investigación experimental
O método de investigación experimental é un método de investigación indispensable para analizar as características dinámicas do sistema hidráulico, especialmente cando non existe un método de investigación teórico práctico como a simulación dixital no pasado, só se pode analizar mediante métodos experimentais. A través da investigación experimental, podemos comprender de forma intuitiva e verdadeira as características dinámicas do sistema hidráulico e os cambios dos parámetros relacionados, pero a análise do sistema hidráulico a través de experimentos ten as desvantaxes de longo período e alto custo.

Ademais, para o complexo sistema hidráulico, mesmo os enxeñeiros experimentados non están totalmente seguros do seu modelado matemático preciso, polo que é imposible realizar unha análise e investigación correctas sobre o seu proceso dinámico. A precisión do modelo construído pódese verificar eficazmente mediante o método de combinación co experimento e pódense proporcionar suxestións para a revisión para establecer o modelo correcto; ao mesmo tempo, os resultados dos dous pódense comparar mediante simulación e investigación experimental nas mesmas condicións Análise, para garantir que os erros de simulación e experimentos estean dentro do intervalo controlable, de modo que o ciclo de investigación se poida acurtar e os beneficios pode mellorarse a base de garantir a eficiencia e a calidade. Polo tanto, o método de investigación experimental actual úsase a miúdo como medio necesario para comparar e verificar a simulación numérica ou outros resultados de investigación teórica de características dinámicas importantes do sistema hidráulico.

2.4 Método de simulación dixital
O progreso da teoría de control moderna e o desenvolvemento da tecnoloxía informática trouxeron un novo método para o estudo das características dinámicas do sistema hidráulico, é dicir, o método de simulación dixital. Neste método, primeiro establécese o modelo matemático do proceso do sistema hidráulico e exprésase mediante a ecuación de estado, e despois obténse no ordenador a solución no dominio do tempo de cada variable principal do sistema no proceso dinámico.

O método de simulación dixital é adecuado tanto para sistemas lineais como para sistemas non lineais. Pode simular os cambios dos parámetros do sistema baixo a acción de calquera función de entrada e, a continuación, obter unha comprensión directa e completa do proceso dinámico do sistema hidráulico. O rendemento dinámico do sistema hidráulico pódese predecir na primeira fase, de xeito que os resultados do deseño se poidan comparar, verificar e mellorar no tempo, o que pode garantir de forma eficaz que o sistema hidráulico deseñado teña un bo rendemento de traballo e unha alta fiabilidade. En comparación con outros medios e métodos de estudo do rendemento dinámico hidráulico, a tecnoloxía de simulación dixital ten as vantaxes de precisión, fiabilidade, forte adaptabilidade, ciclo curto e aforro económico. Polo tanto, o método de simulación dixital foi amplamente utilizado no campo da investigación de rendemento dinámico hidráulico.

3. Dirección de desenvolvemento de métodos de investigación para características dinámicas hidráulicas

A través da análise teórica do método de simulación dixital, combinado co método de investigación de comparación e verificación dos resultados experimentais, converteuse no método principal para estudar as características dinámicas hidráulicas. Ademais, debido á superioridade da tecnoloxía de simulación dixital, o desenvolvemento da investigación sobre características dinámicas hidráulicas estará estreitamente integrado co desenvolvemento da tecnoloxía de simulación dixital. Estudo en profundidade da teoría do modelado e dos algoritmos relacionados do sistema hidráulico, e o desenvolvemento de software de simulación do sistema hidráulico que sexa fácil de modelar, para que os técnicos hidráulicos poidan dedicar máis enerxía á investigación do traballo esencial do sistema hidráulico. o desenvolvemento do campo da investigación de características dinámicas hidráulicas. unha das direccións.

Ademais, tendo en conta a complexidade da composición dos sistemas hidráulicos modernos, no estudo das súas características dinámicas adoitan intervir problemas mecánicos, eléctricos e mesmo pneumáticos. Pódese ver que a análise dinámica do sistema hidráulico é ás veces unha análise exhaustiva de problemas como a hidráulica electromecánica. Polo tanto, o desenvolvemento de software de simulación hidráulica universal, combinado coas vantaxes respectivas do software de simulación en diferentes campos de investigación, para lograr a simulación conxunta multidimensional dos sistemas hidráulicos converteuse na principal dirección de desenvolvemento do método actual de investigación de características dinámicas hidráulicas.

Coa mellora dos requisitos de rendemento do sistema hidráulico moderno, o sistema hidráulico tradicional para completar o ciclo de acción predeterminado do actuador e cumprir os requisitos de rendemento estático do sistema xa non pode cumprir os requisitos, polo que é imperativo estudar as características dinámicas do sistema hidráulico. o sistema hidráulico.

A partir de expoñer a esencia da investigación sobre as características dinámicas do sistema hidráulico, este artigo presenta en detalle catro métodos principais para estudar as características dinámicas do sistema hidráulico, incluíndo o método de análise de funcións, o método de simulación, a investigación experimental. método e o método de simulación dixital, e as súas vantaxes e inconvenientes. Sinálase que o desenvolvemento de software de simulación de sistemas hidráulicos que é fácil de modelar e a simulación conxunta de software de simulación multidominio son as principais direccións de desenvolvemento do método de investigación de características dinámicas hidráulicas no futuro.