Метод за изследване на динамичните характеристики на хидравличната система

С непрекъснатото развитие и прогрес на хидравличната технология, нейните области на приложение стават все по-обширни. Хидравличната система, използвана за завършване на функциите за трансмисия и управление, става все по-сложна и се поставят по-високи изисквания за нейната гъвкавост и различни характеристики. Всичко това доведе до по-прецизни и по-дълбоки изисквания към проектирането и производството на модерни хидравлични системи. Далеч не е в състояние да отговори на горните изисквания само чрез използване на традиционната система за завършване на предварително зададения цикъл на действие на задвижващия механизъм и отговаряне на изискванията за статична производителност на системата.

Следователно, за изследователите, ангажирани в проектирането на съвременни хидравлични системи, е много необходимо да се проучат динамичните характеристики на хидравличната трансмисия и системи за управление, да се разберат и овладеят динамичните характеристики и промените на параметрите в работния процес на хидравличната система, така че да допълнително подобряване и усъвършенстване на хидравличната система. .

1. Същността на динамичните характеристики на хидравличната система

Динамичните характеристики на хидравличната система са по същество характеристиките, които хидравличната система проявява по време на процеса на загуба на първоначалното си равновесно състояние и достигане на ново равновесно състояние. Освен това има две основни причини за нарушаване на първоначалното равновесно състояние на хидравличната система и задействане на нейния динамичен процес: едната е причинена от промяната на процеса на трансмисията или системата за управление; другият е причинен от външна намеса. В този динамичен процес всяка параметърна променлива в хидравличната система се променя с времето и изпълнението на този процес на промяна определя качеството на динамичните характеристики на системата.

2. Метод за изследване на хидравличните динамични характеристики

Основните методи за изследване на динамичните характеристики на хидравличните системи са метод на функционален анализ, симулационен метод, експериментален изследователски метод и цифров симулационен метод.

2.1 Метод за функционален анализ
Анализът на предавателната функция е изследователски метод, основан на класическата теория на управлението. Анализирането на динамичните характеристики на хидравличните системи с класическа теория на управление обикновено се ограничава до линейни системи с един вход и един изход. Обикновено първо се установява математическият модел на системата и се записва нейната инкрементална форма, след което се извършва трансформация на Лаплас, така че да се получи трансферната функция на системата и след това трансферната функция на системата се преобразува в Bode диаграмно представяне, което е лесно за интуитивно анализиране. И накрая, характеристиките на реакцията се анализират чрез кривата фаза-честота и кривата амплитуда-честота в диаграмата на Боде. Когато се срещат нелинейни проблеми, неговите нелинейни фактори често се игнорират или опростяват в линейна система. Всъщност хидравличните системи често имат сложни нелинейни фактори, така че има големи грешки в анализа при анализа на динамичните характеристики на хидравличните системи с този метод. В допълнение, методът за анализ на трансферната функция третира обекта на изследване като черна кутия, фокусира се само върху входа и изхода на системата и не обсъжда вътрешното състояние на обекта на изследване.

Методът за анализ на пространството на състоянията е да напише математическия модел на динамичния процес на изследваната хидравлична система като уравнение на състоянието, което е система от диференциални уравнения от първи ред, която представлява производната от първи ред на всяка променлива на състоянието в хидравличния система. Функция на няколко други променливи на състоянието и входни променливи; тази функционална връзка може да бъде линейна или нелинейна. За да се напише математически модел на динамичния процес на хидравлична система под формата на уравнение на състоянието, често използваният метод е да се използва трансферната функция, за да се изведе уравнението на функцията на състоянието, или да се използва диференциалното уравнение от по-висок ред, за да се изведе уравнение на състоянието, а диаграмата на силовата връзка може също да се използва за списък на уравнението на състоянието. Този метод за анализ обръща внимание на вътрешните промени на изследваната система и може да се справи с проблеми с много входове и много изходи, което значително подобрява недостатъците на метода за анализ на трансферната функция.

Методът за анализ на функцията, включително методът за анализ на функцията за прехвърляне и методът за анализ на пространството на състоянието, е математическата основа за хората да разберат и анализират вътрешните динамични характеристики на хидравличната система. Методът на функцията на описание се използва за анализ, така че неизбежно възникват грешки в анализа и често се използва при анализа на прости системи.

2.2 Метод на симулация
В епохата, когато компютърната технология все още не беше популярна, използването на аналогови компютри или аналогови схеми за симулиране и анализ на динамичните характеристики на хидравличните системи също беше практичен и ефективен изследователски метод. Аналоговият компютър е роден преди цифровия компютър и неговият принцип е да изучава характеристиките на аналоговата система въз основа на сходството в математическото описание на променящите се закони на различни физически величини. Неговата вътрешна променлива е непрекъснато променяща се променлива на напрежението и работата на променливата се основава на подобна операционна връзка на електрическите характеристики на напрежението, тока и компонентите във веригата.

Аналоговите компютри са особено подходящи за решаване на обикновени диференциални уравнения, така че те се наричат ​​също аналогови диференциални анализатори. Повечето от динамичните процеси на физическите системи, включително хидравличните системи, се изразяват в математическа форма на диференциални уравнения, така че аналоговите компютри са много подходящи за симулационно изследване на динамични системи.

Когато симулационният метод работи, различни изчислителни компоненти се свързват според математическия модел на системата и изчисленията се извършват паралелно. Изходните напрежения на всеки изчислителен компонент представляват съответните променливи в системата. Предимства на връзката. Въпреки това, основната цел на този метод за анализ е да предостави електронен модел, който може да се използва за експериментални изследвания, вместо да се получи точен анализ на математически проблеми, така че той има фаталния недостатък на ниската точност на изчисленията; освен това неговата аналогова верига често е сложна по структура, устойчива на Способността да се намесва във външния свят е изключително лоша.

2.3 Експериментален метод на изследване
Експерименталният изследователски метод е незаменим изследователски метод за анализиране на динамичните характеристики на хидравличната система, особено когато в миналото няма практически теоретичен изследователски метод като цифрова симулация, той може да бъде анализиран само чрез експериментални методи. Чрез експериментално изследване можем интуитивно и наистина да разберем динамичните характеристики на хидравличната система и промените на свързаните с нея параметри, но анализът на хидравличната система чрез експерименти има недостатъците на дълъг период и висока цена.

В допълнение, за сложната хидравлична система дори опитни инженери не са напълно сигурни в нейното точно математическо моделиране, така че е невъзможно да се извърши правилен анализ и изследване на нейния динамичен процес. Точността на изградения модел може да бъде ефективно проверена чрез метода на комбиниране с експеримента и могат да бъдат предоставени предложения за преразглеждане, за да се установи правилният модел; в същото време резултатите от двете могат да бъдат сравнени чрез симулация и експериментално изследване при едни и същи условия Анализ, за ​​да се гарантира, че грешките на симулацията и експериментите са в рамките на контролируемия диапазон, така че изследователският цикъл да може да бъде съкратен и ползите могат да бъдат подобрени въз основа на осигуряване на ефективност и качество. Следователно днешният експериментален изследователски метод често се използва като необходимо средство за сравняване и проверка на числената симулация или други резултати от теоретични изследвания на важни динамични характеристики на хидравличната система.

2.4 Метод на цифрова симулация
Напредъкът на съвременната теория на управлението и развитието на компютърните технологии донесоха нов метод за изследване на динамичните характеристики на хидравличната система, т.е. метод на цифрова симулация. При този метод първо се установява математическият модел на процеса на хидравличната система и се изразява чрез уравнението на състоянието, а след това на компютъра се получава решението във времевата област на всяка основна променлива на системата в динамичния процес.

Методът на цифрова симулация е подходящ както за линейни системи, така и за нелинейни системи. Той може да симулира промените на системните параметри под действието на всяка входна функция и след това да получи директно и цялостно разбиране на динамичния процес на хидравличната система. Динамичната производителност на хидравличната система може да бъде предвидена на първия етап, така че резултатите от дизайна да могат да бъдат сравнени, проверени и подобрени във времето, което може ефективно да гарантира, че проектираната хидравлична система има добра работна производителност и висока надеждност. В сравнение с други средства и методи за изследване на хидравличната динамична производителност, технологията за цифрова симулация има предимствата на точност, надеждност, силна адаптивност, кратък цикъл и икономични спестявания. Поради това методът на цифрова симулация е широко използван в областта на изследването на хидравличната динамична производителност.

3. Насока за развитие на методите за изследване на хидравличните динамични характеристики

Чрез теоретичния анализ на метода за цифрова симулация, съчетан с изследователския метод за сравняване и проверка на експерименталните резултати, той се превърна в основен метод за изследване на хидравличните динамични характеристики. Освен това, поради превъзходството на технологията за цифрова симулация, развитието на изследванията върху хидравличните динамични характеристики ще бъде тясно интегрирано с развитието на технологията за цифрова симулация. Задълбочено изучаване на теорията на моделирането и свързаните алгоритми на хидравличната система и разработването на софтуер за симулация на хидравлична система, който е лесен за моделиране, така че хидравличните техници да могат да отделят повече енергия за изследване на основната работа на хидравличната система е развитието на областта на изследване на хидравличните динамични характеристики. една от посоките.

В допълнение, с оглед на сложността на състава на съвременните хидравлични системи, механичните, електрическите и дори пневматичните проблеми често се включват в изследването на техните динамични характеристики. Може да се види, че динамичният анализ на хидравличната система понякога е цялостен анализ на проблеми като електромеханичната хидравлика. Следователно разработването на универсален софтуер за хидравлична симулация, съчетано със съответните предимства на софтуера за симулация в различни изследователски области, за постигане на многоизмерна съвместна симулация на хидравлични системи, се превърна в основна посока на развитие на текущия метод за изследване на хидравличните динамични характеристики.

С подобряването на изискванията за производителност на съвременната хидравлична система, традиционната хидравлична система за завършване на предварително определения цикъл на действие на задвижващия механизъм и отговаряне на изискванията за статична производителност на системата вече не може да отговаря на изискванията, така че е наложително да се проучат динамичните характеристики на хидравличната система.

Въз основа на излагането на същността на изследването на динамичните характеристики на хидравличната система, тази статия въвежда подробно четири основни метода за изследване на динамичните характеристики на хидравличната система, включително метода на функционалния анализ, симулационния метод, експерименталното изследване метод и метод на цифрова симулация, както и техните предимства и недостатъци. Посочва се, че разработването на софтуер за симулация на хидравлична система, който е лесен за моделиране, и съвместната симулация на софтуер за симулация на много домейни са основните насоки за развитие на метода за изследване на хидравличните динамични характеристики в бъдеще.