Metodo di ricerca delle caratteristiche dinamiche del sistema idraulico

Con il continuo sviluppo e progresso della tecnologia idraulica, i suoi campi di applicazione stanno diventando sempre più estesi. Il sistema idraulico utilizzato per completare le funzioni di trasmissione e controllo sta diventando sempre più complesso e vengono richiesti requisiti più elevati per la flessibilità del sistema e le varie prestazioni. Tutto ciò ha comportato requisiti più precisi e più profondi nella progettazione e produzione dei moderni sistemi idraulici. È lungi dal poter soddisfare i requisiti di cui sopra solo utilizzando il sistema tradizionale per completare il ciclo di azione predeterminato dell'attuatore e soddisfare i requisiti di prestazione statica del sistema.

Pertanto, per i ricercatori impegnati nella progettazione di moderni sistemi idraulici, è molto necessario studiare le caratteristiche dinamiche dei sistemi di trasmissione e controllo idraulici, comprendere e padroneggiare le caratteristiche dinamiche e le modifiche dei parametri nel processo di funzionamento del sistema idraulico, in modo da migliorare e perfezionare ulteriormente il sistema idraulico. .

1. L'essenza delle caratteristiche dinamiche del sistema idraulico

Le caratteristiche dinamiche del sistema idraulico sono essenzialmente le caratteristiche che il sistema idraulico presenta durante il processo di perdita del suo stato di equilibrio originale e raggiungimento di un nuovo stato di equilibrio. Inoltre, ci sono due ragioni principali per rompere lo stato di equilibrio originario del sistema idraulico e innescare il suo processo dinamico: una è causata dal cambiamento di processo del sistema di trasmissione o di controllo; l'altro è causato da interferenze esterne. In questo processo dinamico, ogni variabile parametrica nel sistema idraulico cambia nel tempo e le prestazioni di questo processo di cambiamento determinano la qualità delle caratteristiche dinamiche del sistema.

2. Metodo di ricerca delle caratteristiche dinamiche idrauliche

I principali metodi per studiare le caratteristiche dinamiche dei sistemi idraulici sono il metodo di analisi funzionale, il metodo di simulazione, il metodo di ricerca sperimentale e il metodo di simulazione digitale.

2.1 Metodo di analisi funzionale
L'analisi della funzione di trasferimento è un metodo di ricerca basato sulla teoria del controllo classica. L'analisi delle caratteristiche dinamiche dei sistemi idraulici con la teoria del controllo classica è solitamente limitata ai sistemi lineari a singolo ingresso e singola uscita. Generalmente, viene prima stabilito il modello matematico del sistema, quindi viene scritta la sua forma incrementale, quindi viene eseguita la trasformata di Laplace, in modo da ottenere la funzione di trasferimento del sistema, quindi la funzione di trasferimento del sistema viene convertita in una funzione di Bode rappresentazione diagrammatica facile da analizzare in modo intuitivo. Infine, le caratteristiche di risposta vengono analizzate attraverso la curva fase-frequenza e la curva ampiezza-frequenza nel diagramma di Bode. Quando si incontrano problemi non lineari, i suoi fattori non lineari vengono spesso ignorati o semplificati in un sistema lineare. Infatti, i sistemi idraulici hanno spesso fattori non lineari complessi, quindi si verificano grandi errori di analisi nell'analizzare le caratteristiche dinamiche dei sistemi idraulici con questo metodo. Inoltre, il metodo di analisi della funzione di trasferimento tratta l’oggetto di ricerca come una scatola nera, si concentra solo sugli input e output del sistema e non discute lo stato interno dell’oggetto di ricerca.

Il metodo di analisi dello spazio degli stati consiste nel scrivere il modello matematico del processo dinamico del sistema idraulico in studio come un'equazione di stato, che è un sistema di equazioni differenziali del primo ordine, che rappresenta la derivata del primo ordine di ciascuna variabile di stato nel sistema idraulico sistema. Una funzione di molte altre variabili di stato e variabili di input; questa relazione funzionale può essere lineare o non lineare. Per scrivere un modello matematico del processo dinamico di un sistema idraulico sotto forma di un'equazione di stato, il metodo comunemente utilizzato consiste nell'utilizzare la funzione di trasferimento per derivare l'equazione della funzione di stato, oppure utilizzare l'equazione differenziale di ordine superiore per derivare l'equazione l'equazione di stato e il diagramma dei legami di potere possono essere utilizzati anche per elencare l'equazione di stato. Questo metodo di analisi presta attenzione ai cambiamenti interni del sistema ricercato e può affrontare problemi multi-input e multi-output, il che migliora notevolmente le carenze del metodo di analisi della funzione di trasferimento.

Il metodo di analisi delle funzioni, compreso il metodo di analisi delle funzioni di trasferimento e il metodo di analisi dello spazio degli stati, costituisce la base matematica per comprendere e analizzare le caratteristiche dinamiche interne del sistema idraulico. Il metodo della funzione descrittiva viene utilizzato per l'analisi, quindi si verificano inevitabilmente errori di analisi ed è spesso utilizzato nell'analisi di sistemi semplici.

2.2 Metodo di simulazione
Nell'era in cui la tecnologia informatica non era ancora popolare, anche l'utilizzo di computer o circuiti analogici per simulare e analizzare le caratteristiche dinamiche dei sistemi idraulici rappresentava un metodo di ricerca pratico ed efficace. Il computer analogico è nato prima del computer digitale e il suo principio è studiare le caratteristiche del sistema analogico basato sulla somiglianza nella descrizione matematica delle leggi mutevoli di diverse quantità fisiche. La sua variabile interna è una variabile di tensione in continua evoluzione e il funzionamento della variabile si basa sulla relazione operativa simile delle caratteristiche elettriche della tensione, della corrente e dei componenti nel circuito.

I computer analogici sono particolarmente adatti per risolvere equazioni differenziali ordinarie, per questo sono anche chiamati analizzatori differenziali analogici. La maggior parte dei processi dinamici dei sistemi fisici, compresi i sistemi idraulici, sono espressi nella forma matematica delle equazioni differenziali, quindi i computer analogici sono molto adatti per la ricerca simulativa dei sistemi dinamici.

Quando il metodo di simulazione funziona, i vari componenti di calcolo vengono collegati secondo il modello matematico del sistema e i calcoli vengono eseguiti in parallelo. Le tensioni di uscita di ciascun componente di calcolo rappresentano le variabili corrispondenti nel sistema. Vantaggi della relazione. Tuttavia, lo scopo principale di questo metodo di analisi è quello di fornire un modello elettronico che possa essere utilizzato per la ricerca sperimentale, piuttosto che ottenere un'analisi accurata di problemi matematici, quindi presenta il fatale svantaggio di una bassa precisione di calcolo; inoltre, il suo circuito analogico è spesso di struttura complessa, resistente alla capacità di interferire con il mondo esterno è estremamente scarsa.

2.3 Metodo di ricerca sperimentale
Il metodo di ricerca sperimentale è un metodo di ricerca indispensabile per analizzare le caratteristiche dinamiche del sistema idraulico, soprattutto quando non esiste un metodo di ricerca teorica pratica come la simulazione digitale in passato, può essere analizzato solo con metodi sperimentali. Attraverso la ricerca sperimentale, possiamo comprendere in modo intuitivo e reale le caratteristiche dinamiche del sistema idraulico e le variazioni dei parametri correlati, ma l'analisi del sistema idraulico attraverso esperimenti presenta gli svantaggi di un lungo periodo e di costi elevati.

Inoltre, per il complesso sistema idraulico, anche gli ingegneri esperti non sono del tutto sicuri della sua accurata modellazione matematica, quindi è impossibile condurre analisi e ricerche corrette sul suo processo dinamico. L'accuratezza del modello costruito può essere effettivamente verificata attraverso il metodo di combinazione con l'esperimento e possono essere forniti suggerimenti per la revisione per stabilire il modello corretto; allo stesso tempo, i risultati dei due possono essere confrontati mediante simulazione e ricerca sperimentale nelle stesse condizioni Analisi, per garantire che gli errori della simulazione e degli esperimenti rientrino nell'intervallo controllabile, in modo che il ciclo di ricerca possa essere abbreviato e i benefici possono essere migliorati garantendo efficienza e qualità. Pertanto, il metodo di ricerca sperimentale odierno viene spesso utilizzato come mezzo necessario per confrontare e verificare la simulazione numerica o altri risultati della ricerca teorica su importanti caratteristiche dinamiche del sistema idraulico.

2.4 Metodo di simulazione digitale
Il progresso della moderna teoria del controllo e lo sviluppo della tecnologia informatica hanno portato un nuovo metodo per lo studio delle caratteristiche dinamiche dei sistemi idraulici, ovvero il metodo di simulazione digitale. In questo metodo, viene innanzitutto stabilito il modello matematico del processo del sistema idraulico, espresso dall'equazione di stato, quindi viene ottenuta sul computer la soluzione nel dominio del tempo di ciascuna variabile principale del sistema nel processo dinamico.

Il metodo di simulazione digitale è adatto sia per sistemi lineari che per sistemi non lineari. Può simulare le modifiche dei parametri del sistema sotto l'azione di qualsiasi funzione di input e quindi ottenere una comprensione diretta e completa del processo dinamico del sistema idraulico. Le prestazioni dinamiche del sistema idraulico possono essere previste nella prima fase, in modo che i risultati della progettazione possano essere confrontati, verificati e migliorati nel tempo, il che può garantire efficacemente che il sistema idraulico progettato abbia buone prestazioni di lavoro ed elevata affidabilità. Rispetto ad altri mezzi e metodi per studiare le prestazioni dinamiche idrauliche, la tecnologia di simulazione digitale presenta i vantaggi di precisione, affidabilità, forte adattabilità, ciclo breve e risparmio economico. Pertanto, il metodo di simulazione digitale è stato ampiamente utilizzato nel campo della ricerca sulle prestazioni dinamiche idrauliche.

3. Direzione dello sviluppo di metodi di ricerca per le caratteristiche dinamiche idrauliche

Attraverso l'analisi teorica del metodo di simulazione digitale, combinato con il metodo di ricerca di confronto e verifica dei risultati sperimentali, è diventato il metodo tradizionale per lo studio delle caratteristiche dinamiche idrauliche. Inoltre, data la superiorità della tecnologia di simulazione digitale, lo sviluppo della ricerca sulle caratteristiche dinamiche idrauliche sarà strettamente integrato con lo sviluppo della tecnologia di simulazione digitale. Lo studio approfondito della teoria della modellazione e dei relativi algoritmi del sistema idraulico e lo sviluppo di un software di simulazione del sistema idraulico facile da modellare, in modo che i tecnici idraulici possano dedicare più energia alla ricerca del lavoro essenziale del sistema idraulico è lo sviluppo del campo della ricerca sulle caratteristiche dinamiche idrauliche. una delle direzioni.

Inoltre, data la complessità della composizione dei moderni sistemi idraulici, nello studio delle loro caratteristiche dinamiche sono spesso coinvolte questioni meccaniche, elettriche e persino pneumatiche. Si può vedere che l'analisi dinamica del sistema idraulico è talvolta un'analisi completa di problemi come l'idraulica elettromeccanica. Pertanto, lo sviluppo di un software di simulazione idraulica universale, combinato con i rispettivi vantaggi del software di simulazione in diversi campi di ricerca, per ottenere la simulazione congiunta multidimensionale dei sistemi idraulici è diventata la principale direzione di sviluppo dell'attuale metodo di ricerca sulle caratteristiche dinamiche idrauliche.

Con il miglioramento dei requisiti prestazionali del moderno sistema idraulico, il sistema idraulico tradizionale per completare il ciclo di azione predeterminato dell'attuatore e soddisfare i requisiti prestazionali statici del sistema non può più soddisfare i requisiti, quindi è imperativo studiare le caratteristiche dinamiche di il sistema idraulico.

Sulla base dell'esposizione dell'essenza della ricerca sulle caratteristiche dinamiche del sistema idraulico, questo articolo introduce in dettaglio quattro metodi principali per studiare le caratteristiche dinamiche del sistema idraulico, tra cui il metodo di analisi funzionale, il metodo di simulazione, la ricerca sperimentale metodo e il metodo di simulazione digitale, e i loro vantaggi e svantaggi. Si sottolinea che lo sviluppo di software di simulazione del sistema idraulico che sia facile da modellare e la simulazione congiunta di software di simulazione multi-dominio sono le principali direzioni di sviluppo del metodo di ricerca delle caratteristiche dinamiche idrauliche in futuro.