Hydraulijärjestelmän dynaamisten ominaisuuksien tutkimusmenetelmä

Hydraulitekniikan jatkuvan kehityksen ja edistymisen myötä sen sovellusalueet laajenevat koko ajan. Vaihteiston ja ohjaustoimintojen täydentämiseen käytettävä hydraulijärjestelmä muuttuu yhä monimutkaisemmaksi, ja sen järjestelmän joustavuudelle ja erilaisille suorituksille asetetaan korkeampia vaatimuksia. Kaikki nämä ovat tuoneet entistä tarkempia ja syvempiä vaatimuksia nykyaikaisten hydraulijärjestelmien suunnitteluun ja valmistukseen. Se ei pysty täyttämään yllä olevia vaatimuksia vain käyttämällä perinteistä järjestelmää toimilaitteen ennalta määrätyn toimintajakson loppuunsaattamiseksi ja järjestelmän staattisten suorituskykyvaatimusten täyttämiseksi.

Siksi nykyaikaisten hydraulijärjestelmien suunnitteluun osallistuvien tutkijoiden on erittäin tärkeää tutkia hydraulisten voimansiirto- ja ohjausjärjestelmien dynaamisia ominaisuuksia, ymmärtää ja hallita dynaamisia ominaisuuksia ja parametrien muutoksia hydraulijärjestelmän työprosessissa, jotta parantaa ja täydentää hydraulijärjestelmää edelleen. .

1. Hydraulijärjestelmän dynaamisten ominaisuuksien ydin

Hydraulijärjestelmän dynaamiset ominaisuudet ovat olennaisesti ominaisuuksia, joita hydraulijärjestelmä osoittaa alkuperäisen tasapainotilansa menettämisen ja uuden tasapainotilan saavuttamisen aikana. Lisäksi hydraulijärjestelmän alkuperäisen tasapainotilan rikkomiseen ja sen dynaamisen prosessin käynnistämiseen on kaksi pääsyytä: toinen johtuu voimansiirron tai ohjausjärjestelmän prosessin muutoksesta; toinen johtuu ulkoisista häiriöistä. Tässä dynaamisessa prosessissa jokainen hydraulijärjestelmän parametrimuuttuja muuttuu ajan myötä, ja tämän muutosprosessin suorituskyky määrää järjestelmän dynaamisten ominaisuuksien laadun.

2. Hydraulisten dynaamisten ominaisuuksien tutkimusmenetelmä

Tärkeimmät menetelmät hydraulijärjestelmien dynaamisten ominaisuuksien tutkimiseksi ovat funktioanalyysimenetelmä, simulointimenetelmä, kokeellinen tutkimusmenetelmä ja digitaalinen simulointimenetelmä.

2.1 Funktioanalyysimenetelmä
Siirtofunktioanalyysi on klassiseen ohjausteoriaan perustuva tutkimusmenetelmä. Hydraulijärjestelmien dynaamisten ominaisuuksien analysointi klassisen ohjausteorian avulla rajoittuu yleensä yhden tulon ja yhden ulostulon lineaarisiin järjestelmiin. Yleensä järjestelmän matemaattinen malli muodostetaan ensin ja sen inkrementaalinen muoto kirjoitetaan ja sitten suoritetaan Laplace-muunnos, jolloin saadaan järjestelmän siirtofunktio, jonka jälkeen järjestelmän siirtofunktio muunnetaan Bodeksi. kaavioesitys, joka on helppo analysoida intuitiivisesti. Lopuksi vasteominaisuudet analysoidaan vaihe-taajuus- ja amplitudi-taajuuskäyrän kautta Bode-kaaviossa. Kun kohdataan epälineaarisia ongelmia, sen epälineaariset tekijät jätetään usein huomiotta tai yksinkertaistetaan lineaariseksi järjestelmäksi. Itse asiassa hydraulijärjestelmissä on usein monimutkaisia ​​epälineaarisia tekijöitä, joten hydraulijärjestelmien dynaamisten ominaisuuksien analysoinnissa tällä menetelmällä on suuria analyysivirheitä. Lisäksi siirtofunktioanalyysimenetelmä käsittelee tutkimuskohdetta mustana laatikkona, keskittyy vain järjestelmän tuloon ja ulostuloon, eikä keskustele tutkimusobjektin sisäisestä tilasta.

Tila-avaruuden analyysimenetelmänä on kirjoittaa tutkittavan hydraulijärjestelmän dynaamisen prosessin matemaattinen malli tilayhtälöksi, joka on ensimmäisen kertaluvun differentiaaliyhtälöjärjestelmä, joka edustaa ensimmäisen kertaluvun derivaatta jokaisesta hydraulijärjestelmässä olevasta tilamuuttujasta. järjestelmä. Useiden muiden tilamuuttujien ja syöttömuuttujien funktio; tämä funktionaalinen suhde voi olla lineaarinen tai epälineaarinen. Hydraulisen järjestelmän dynaamisen prosessin matemaattisen mallin kirjoittamiseksi tilayhtälön muodossa yleisesti käytetty menetelmä on käyttää siirtofunktiota tilafunktioyhtälön johtamiseen tai korkeamman asteen differentiaaliyhtälön johtamiseen tilayhtälö, ja tehosidoskaaviota voidaan käyttää myös tilayhtälön luettelemiseen. Tämä analyysimenetelmä kiinnittää huomiota tutkittavan järjestelmän sisäisiin muutoksiin ja pystyy käsittelemään monitulo- ja monitulostusongelmia, mikä parantaa huomattavasti siirtofunktioanalyysimenetelmän puutteita.

Toimintoanalyysimenetelmä sisältäen siirtofunktioanalyysimenetelmän ja tila-avaruusanalyysimenetelmän on matemaattinen perusta, jonka avulla ihmiset ymmärtävät ja analysoivat hydraulijärjestelmän sisäisiä dynaamisia ominaisuuksia. Analyysissä käytetään kuvausfunktiomenetelmää, joten analyysivirheitä syntyy väistämättä ja sitä käytetään usein yksinkertaisten järjestelmien analysoinnissa.

2.2 Simulointimenetelmä
Aikakaudella, jolloin tietokonetekniikka ei ollut vielä suosittua, analogisten tietokoneiden tai analogisten piirien käyttö hydraulijärjestelmien dynaamisten ominaisuuksien simuloimiseen ja analysointiin oli myös käytännöllinen ja tehokas tutkimusmenetelmä. Analoginen tietokone syntyi ennen digitaalista tietokonetta, ja sen periaatteena on tutkia analogisen järjestelmän ominaisuuksia eri fyysisten suureiden muuttuvien lakien matemaattisen kuvauksen samankaltaisuuden perusteella. Sen sisäinen muuttuja on jatkuvasti muuttuva jännitemuuttuja, ja muuttujan toiminta perustuu jännitteen, virran ja piirin komponenttien sähköisten ominaisuuksien samanlaiseen toimintasuhteeseen.

Analogiset tietokoneet soveltuvat erityisen hyvin tavallisten differentiaaliyhtälöiden ratkaisemiseen, joten niitä kutsutaan myös analogisiksi differentiaalianalysaattoreiksi. Suurin osa fyysisten järjestelmien dynaamisista prosesseista, mukaan lukien hydraulijärjestelmät, ilmaistaan ​​differentiaaliyhtälöiden matemaattisessa muodossa, joten analogiset tietokoneet soveltuvat erittäin hyvin dynaamisten järjestelmien simulaatiotutkimukseen.

Simulointimenetelmän toimiessa kytketään erilaisia ​​laskentakomponentteja järjestelmän matemaattisen mallin mukaisesti ja laskelmat suoritetaan rinnakkain. Kunkin laskentakomponentin lähtöjännitteet edustavat vastaavia järjestelmän muuttujia. Suhteen edut. Tämän analyysimenetelmän päätarkoituksena on kuitenkin tarjota elektroninen malli, jota voidaan käyttää kokeelliseen tutkimukseen sen sijaan, että saataisiin tarkka analyysi matemaattisista ongelmista, joten sen kohtalokas haittapuoli on alhainen laskentatarkkuus; lisäksi sen analoginen piiri on usein rakenteeltaan monimutkainen, kestävä kyky häiritä ulkomaailmaa on erittäin huono.

2.3 Kokeellinen tutkimusmenetelmä
Kokeellinen tutkimusmenetelmä on korvaamaton tutkimusmenetelmä hydraulijärjestelmän dynaamisten ominaisuuksien analysoinnissa, varsinkin kun käytännön teoreettista tutkimusmenetelmää, kuten digitaalista simulointia, ei ole aikaisemmin ollut, sitä voidaan analysoida vain kokeellisesti. Kokeellisella tutkimuksella voimme intuitiivisesti ja aidosti ymmärtää hydraulijärjestelmän dynaamiset ominaisuudet ja niihin liittyvien parametrien muutokset, mutta hydraulijärjestelmän kokeellisen analysoinnin haittapuolena on pitkä aika ja korkea hinta.

Lisäksi monimutkaisen hydraulijärjestelmän osalta kokeneetkaan insinöörit eivät ole täysin varmoja sen tarkasta matemaattisesta mallintamisesta, joten sen dynaamisen prosessin oikea analysointi ja tutkimus on mahdotonta. Rakennetun mallin tarkkuus voidaan tehokkaasti todentaa yhdistämällä kokeeseen, ja voidaan antaa ehdotuksia korjaukseksi oikean mallin muodostamiseksi; samaan aikaan näiden kahden tuloksia voidaan verrata simulaatiolla ja kokeellisella tutkimuksella samoissa olosuhteissa Analyysi, jotta voidaan varmistaa, että simuloinnin ja kokeiden virheet ovat hallittavissa, jotta tutkimussykliä voidaan lyhentää ja hyötyä voidaan parantaa tehokkuuden ja laadun varmistamisen perusteella. Siksi nykypäivän kokeellista tutkimusmenetelmää käytetään usein välttämättömänä keinona verrata ja todentaa tärkeiden hydraulijärjestelmän dynaamisten ominaisuuksien numeerisia simulaatioita tai muita teoreettisia tutkimustuloksia.

2.4 Digitaalinen simulointimenetelmä
Nykyaikaisen ohjausteorian kehitys ja tietotekniikan kehitys ovat tuoneet mukanaan uuden menetelmän hydraulijärjestelmän dynaamisten ominaisuuksien tutkimiseen eli digitaalisen simulointimenetelmän. Tässä menetelmässä muodostetaan ensin hydraulijärjestelmän prosessin matemaattinen malli, joka ilmaistaan ​​tilayhtälöllä, ja sitten saadaan tietokoneella dynaamisen prosessin järjestelmän kunkin päämuuttujan aika-alueratkaisu.

Digitaalinen simulointimenetelmä soveltuu sekä lineaarisille että epälineaarisille järjestelmille. Se voi simuloida järjestelmän parametrien muutoksia minkä tahansa syöttötoiminnon vaikutuksesta ja saada sitten suoran ja kattavan käsityksen hydraulijärjestelmän dynaamisesta prosessista. Hydraulijärjestelmän dynaaminen suorituskyky voidaan ennustaa ensimmäisessä vaiheessa, jotta suunnittelutuloksia voidaan verrata, todentaa ja parantaa ajoissa, mikä voi tehokkaasti varmistaa, että suunnitellulla hydraulijärjestelmällä on hyvä toimintakyky ja korkea luotettavuus. Verrattuna muihin keinoihin ja menetelmiin tutkia hydraulista dynaamista suorituskykyä, digitaalisen simulointitekniikan etuna on tarkkuus, luotettavuus, vahva sopeutumiskyky, lyhyt sykli ja taloudellinen säästö. Siksi digitaalista simulointimenetelmää on käytetty laajasti hydraulisen dynaamisen suorituskyvyn tutkimuksen alalla.

3. Hydraulisten dynaamisten ominaisuuksien tutkimusmenetelmien kehityssuunta

Digitaalisen simulointimenetelmän teoreettisen analyysin ja kokeellisten tulosten vertailun ja todentamisen tutkimusmenetelmän ansiosta siitä on tullut valtavirran menetelmä hydraulisten dynaamisten ominaisuuksien tutkimisessa. Lisäksi digitaalisen simulointitekniikan paremmuudesta johtuen hydraulisten dynaamisten ominaisuuksien tutkimuksen kehittäminen integroidaan tiiviisti digitaalisen simulointitekniikan kehittämiseen. Hydraulijärjestelmän mallinnusteorian ja siihen liittyvien algoritmien syvällinen tutkiminen sekä helposti mallinnettavan hydraulijärjestelmän simulointiohjelmiston kehittäminen, jotta hydrauliteknikot voivat käyttää enemmän energiaa hydraulijärjestelmän olennaisen työn tutkimukseen. hydraulisten dynaamisten ominaisuuksien tutkimuksen alan kehittäminen. yksi suunnista.

Lisäksi nykyaikaisten hydraulijärjestelmien koostumuksen monimutkaisuuden vuoksi niiden dynaamisten ominaisuuksien tutkimukseen liittyy usein mekaanisia, sähköisiä ja jopa pneumaattisia kysymyksiä. Voidaan nähdä, että hydraulijärjestelmän dynaaminen analyysi on joskus kattavaa analyysiä ongelmista, kuten sähkömekaanisesta hydrauliikasta. Siksi yleisen hydraulisen simulointiohjelmiston kehittämisestä yhdistettynä simulaatioohjelmistojen vastaaviin etuihin eri tutkimusaloilla, jotta saavutetaan hydraulijärjestelmien moniulotteinen yhteissimulaatio, on tullut nykyisen hydraulisten dynaamisten ominaisuuksien tutkimusmenetelmän tärkein kehityssuunta.

Nykyaikaisen hydraulijärjestelmän suorituskykyvaatimusten parantuessa perinteinen hydraulijärjestelmä, joka suorittaa toimilaitteen ennalta määrätyn toimintajakson ja täyttää järjestelmän staattiset suorituskykyvaatimukset, ei voi enää täyttää vaatimuksia, joten on välttämätöntä tutkia järjestelmän dynaamisia ominaisuuksia. hydraulijärjestelmä.

Hydraulijärjestelmän dynaamisten ominaisuuksien tutkimuksen olemuksen selventämisen pohjalta tässä artikkelissa esitellään yksityiskohtaisesti neljä pääasiallista menetelmää hydraulijärjestelmän dynaamisten ominaisuuksien tutkimiseksi, mukaan lukien funktioanalyysimenetelmä, simulaatiomenetelmä, kokeellinen tutkimus. menetelmä ja digitaalinen simulointimenetelmä sekä niiden edut ja haitat. Todetaan, että helposti mallinnettavan hydraulijärjestelmän simulointiohjelmiston kehittäminen ja monitoimialueen simulointiohjelmistojen yhteinen simulointi ovat hydraulisten dynaamisten ominaisuuksien tutkimusmenetelmän pääasialliset kehityssuunnat tulevaisuudessa.