Z nenehnim razvojem in napredkom hidravlične tehnologije postajajo področja njene uporabe vedno bolj obsežna. Hidravlični sistem, ki se uporablja za dokončanje funkcij prenosa in krmiljenja, postaja vse bolj zapleten, zato se postavljajo višje zahteve za njegovo sistemsko prilagodljivost in različne zmogljivosti. Vse to je pri načrtovanju in izdelavi sodobnih hidravličnih sistemov prineslo natančnejše in globlje zahteve. Še zdaleč ni mogoče izpolniti zgornjih zahtev samo z uporabo tradicionalnega sistema za dokončanje vnaprej določenega akcijskega cikla aktuatorja in izpolnjevanja zahtev statične zmogljivosti sistema.
Zato je za raziskovalce, ki se ukvarjajo s projektiranjem sodobnih hidravličnih sistemov, zelo potrebno preučevanje dinamičnih karakteristik hidravličnih prenosnih in krmilnih sistemov, razumevanje in obvladovanje dinamičnih karakteristik in sprememb parametrov v delovnem procesu hidravličnega sistema, tako da dodatno izboljšati in izpopolniti hidravlični sistem. .
1. Bistvo dinamičnih značilnosti hidravličnega sistema
Dinamične značilnosti hidravličnega sistema so v bistvu lastnosti, ki jih hidravlični sistem kaže v procesu izgube prvotnega ravnotežnega stanja in doseganja novega ravnotežnega stanja. Poleg tega obstajata dva glavna razloga za porušitev prvotnega ravnotežnega stanja hidravličnega sistema in sprožitev njegovega dinamičnega procesa: enega povzroči sprememba procesa prenosa ali krmilnega sistema; drugi je posledica zunanjih motenj. V tem dinamičnem procesu se vsaka spremenljivka parametra v hidravličnem sistemu spreminja s časom in uspešnost tega procesa spreminjanja določa kakovost dinamičnih značilnosti sistema.
2. Metoda raziskovanja hidravličnodinamičnih karakteristik
Glavne metode za preučevanje dinamičnih karakteristik hidravličnih sistemov so metoda funkcijske analize, metoda simulacije, metoda eksperimentalnih raziskav in metoda digitalne simulacije.
2.1 Metoda analize funkcij
Analiza prenosne funkcije je raziskovalna metoda, ki temelji na klasični teoriji vodenja. Analiza dinamičnih karakteristik hidravličnih sistemov s klasično teorijo krmiljenja je običajno omejena na linearne sisteme z enim vhodom in enim izhodom. Na splošno se najprej vzpostavi matematični model sistema in se zapiše njegova inkrementalna oblika, nato pa se izvede Laplaceova transformacija, tako da se pridobi prenosna funkcija sistema, nato pa se prenosna funkcija sistema pretvori v Bodejevo diagram, ki ga je enostavno intuitivno analizirati. Nazadnje so značilnosti odziva analizirane s krivuljo fazne frekvence in krivulje amplitudne frekvence v Bodejevem diagramu. Ko naletimo na nelinearne probleme, so njegovi nelinearni dejavniki pogosto prezrti ali poenostavljeni v linearni sistem. Dejstvo je, da imajo hidravlični sistemi pogosto zapletene nelinearne faktorje, zato so velike napake pri analizi dinamičnih karakteristik hidravličnih sistemov s to metodo. Poleg tega metoda analize prenosne funkcije predmet raziskovanja obravnava kot črno skrinjico, osredotoča se le na vhod in izhod sistema in ne obravnava notranjega stanja predmeta raziskovanja.
Metoda analize prostora stanja je pisanje matematičnega modela dinamičnega procesa hidravličnega sistema, ki ga preučujemo, kot enačbe stanja, ki je sistem diferencialnih enačb prvega reda, ki predstavlja odvod prvega reda vsake spremenljivke stanja v hidravličnem sistemu. sistem. Funkcija več drugih spremenljivk stanja in vhodnih spremenljivk; to funkcionalno razmerje je lahko linearno ali nelinearno. Za pisanje matematičnega modela dinamičnega procesa hidravličnega sistema v obliki enačbe stanja je običajno uporabljena metoda uporaba prenosne funkcije za izpeljavo enačbe funkcije stanja ali uporaba diferencialne enačbe višjega reda za izpeljavo enačbo stanja, diagram močnostne vezi pa lahko uporabite tudi za seznam enačbe stanja. Ta metoda analize je pozorna na notranje spremembe raziskanega sistema in lahko obravnava težave z več vhodi in izhodi, kar močno izboljša pomanjkljivosti metode analize prenosne funkcije.
Metoda analize funkcije, vključno z metodo analize prenosne funkcije in metodo analize prostora stanja, je matematična osnova za razumevanje in analizo notranjih dinamičnih značilnosti hidravličnega sistema. Za analizo se uporablja metoda opisne funkcije, zato neizogibno prihaja do napak pri analizi, pogosto pa se uporablja pri analizi enostavnih sistemov.
2.2 Metoda simulacije
V dobi, ko računalniška tehnologija še ni bila priljubljena, je bila uporaba analognih računalnikov ali analognih vezij za simulacijo in analizo dinamičnih karakteristik hidravličnih sistemov tudi praktična in učinkovita raziskovalna metoda. Analogni računalnik se je rodil pred digitalnim računalnikom, njegovo načelo pa je preučevanje značilnosti analognega sistema na podlagi podobnosti v matematičnem opisu spreminjajočih se zakonov različnih fizikalnih količin. Njegova notranja spremenljivka je nenehno spreminjajoča se spremenljivka napetosti, delovanje spremenljivke pa temelji na podobnem delovnem razmerju električnih značilnosti napetosti, toka in komponent v vezju.
Analogni računalniki so še posebej primerni za reševanje navadnih diferencialnih enačb, zato jih imenujemo tudi analogni diferencialni analizatorji. Večina dinamičnih procesov fizičnih sistemov, vključno s hidravličnimi sistemi, je izražena v matematični obliki diferencialnih enačb, zato so analogni računalniki zelo primerni za simulacijske raziskave dinamičnih sistemov.
Ko deluje simulacijska metoda, so različne računalniške komponente povezane glede na matematični model sistema, izračuni pa se izvajajo vzporedno. Izhodne napetosti vsake računalniške komponente predstavljajo ustrezne spremenljivke v sistemu. Prednosti razmerja. Vendar pa je glavni namen te metode analize zagotoviti elektronski model, ki se lahko uporablja za eksperimentalne raziskave, namesto da bi pridobili natančno analizo matematičnih problemov, zato ima usodno pomanjkljivost nizke natančnosti izračuna; poleg tega je njegovo analogno vezje pogosto zapleteno po strukturi, odporno na Zmožnost poseganja v zunanji svet je izjemno slaba.
2.3 Eksperimentalna raziskovalna metoda
Eksperimentalna raziskovalna metoda je nepogrešljiva raziskovalna metoda za analizo dinamičnih karakteristik hidravličnega sistema, zlasti kadar v preteklosti ni praktične teoretične raziskovalne metode, kot je digitalna simulacija, jo je mogoče analizirati le z eksperimentalnimi metodami. Z eksperimentalnimi raziskavami lahko intuitivno in resnično razumemo dinamične značilnosti hidravličnega sistema in spremembe povezanih parametrov, vendar ima analiza hidravličnega sistema skozi eksperimente slabosti dolgotrajnosti in visokih stroškov.
Poleg tega za kompleksen hidravlični sistem niti izkušeni inženirji niso popolnoma prepričani v njegovo natančno matematično modeliranje, zato je nemogoče izvesti pravilno analizo in raziskavo njegovega dinamičnega procesa. Natančnost zgrajenega modela je mogoče učinkovito preveriti z metodo združevanja s poskusom in podati predloge za revizijo za vzpostavitev pravilnega modela; hkrati pa je mogoče rezultate obeh primerjati s simulacijo in eksperimentalnimi raziskavami pod enakimi pogoji. Analiza, da se zagotovi, da so napake simulacije in eksperimentov znotraj nadzorovanega območja, tako da se raziskovalni cikel lahko skrajša in koristi je mogoče izboljšati na podlagi zagotavljanja učinkovitosti in kakovosti. Zato se današnja eksperimentalna raziskovalna metoda pogosto uporablja kot nujno sredstvo za primerjavo in preverjanje numeričnih simulacij ali drugih teoretičnih raziskovalnih rezultatov pomembnih dinamičnih karakteristik hidravličnega sistema.
2.4 Metoda digitalne simulacije
Napredek sodobne teorije vodenja in razvoj računalniške tehnologije sta prinesla novo metodo za študij dinamičnih karakteristik hidravličnega sistema, to je metodo digitalne simulacije. Pri tej metodi se najprej vzpostavi matematični model procesa hidravličnega sistema in se izrazi z enačbo stanja, nato pa se na računalniku pridobi rešitev v časovni domeni vsake glavne spremenljivke sistema v dinamičnem procesu.
Metoda digitalne simulacije je primerna tako za linearne sisteme kot za nelinearne sisteme. Lahko simulira spremembe sistemskih parametrov pod delovanjem katere koli vhodne funkcije in nato pridobi neposredno in celovito razumevanje dinamičnega procesa hidravličnega sistema. Dinamično delovanje hidravličnega sistema je mogoče predvideti na prvi stopnji, tako da je mogoče rezultate načrtovanja primerjati, preveriti in pravočasno izboljšati, kar lahko učinkovito zagotovi, da ima zasnovani hidravlični sistem dobro delovno zmogljivost in visoko zanesljivost. V primerjavi z drugimi sredstvi in metodami proučevanja hidravlične dinamične zmogljivosti ima tehnologija digitalne simulacije prednosti natančnosti, zanesljivosti, močne prilagodljivosti, kratkega cikla in ekonomičnih prihrankov. Zato se metoda digitalne simulacije pogosto uporablja na področju raziskav hidravlične dinamične zmogljivosti.
3. Smer razvoja raziskovalnih metod hidravličnodinamičnih karakteristik
S teoretično analizo metode digitalne simulacije, v kombinaciji z raziskovalno metodo primerjave in preverjanja eksperimentalnih rezultatov, je postala glavna metoda za proučevanje hidravličnih dinamičnih karakteristik. Poleg tega bo zaradi superiornosti tehnologije digitalne simulacije razvoj raziskav o hidravličnih dinamičnih karakteristikah tesno povezan z razvojem tehnologije digitalne simulacije. Poglobljena študija teorije modeliranja in povezanih algoritmov hidravličnega sistema ter razvoj programske opreme za simulacijo hidravličnega sistema, ki jo je enostavno modelirati, tako da lahko hidravlični tehniki posvetijo več energije raziskavam bistvenega dela hidravličnega sistema, je razvoj področja raziskav hidravličnodinamičnih karakteristik. ena od smeri.
Poleg tega so zaradi kompleksnosti sestave sodobnih hidravličnih sistemov mehanska, električna in celo pnevmatska vprašanja pogosto vključena v preučevanje njihovih dinamičnih značilnosti. Vidimo lahko, da je dinamična analiza hidravličnega sistema včasih celostna analiza problemov, kot je elektromehanska hidravlika. Zato je razvoj univerzalne programske opreme za hidravlično simulacijo v kombinaciji z ustreznimi prednostmi programske opreme za simulacijo na različnih raziskovalnih področjih za doseganje večdimenzionalne skupne simulacije hidravličnih sistemov postal glavna razvojna smer trenutne raziskovalne metode hidravličnih dinamičnih značilnosti.
Z izboljšanjem zahtev glede zmogljivosti sodobnega hidravličnega sistema tradicionalni hidravlični sistem za dokončanje vnaprej določenega akcijskega cikla aktuatorja in izpolnjevanje statičnih zahtev glede zmogljivosti sistema ne more več izpolnjevati zahtev, zato je nujno preučiti dinamične značilnosti hidravlični sistem.
Na podlagi razlaganja bistva raziskovanja dinamičnih karakteristik hidravličnega sistema ta prispevek podrobneje uvaja štiri glavne metode proučevanja dinamičnih karakteristik hidravličnega sistema, vključno z metodo funkcijske analize, simulacijsko metodo, eksperimentalno raziskavo in metoda in metoda digitalne simulacije ter njune prednosti in slabosti. Poudarjeno je, da sta razvoj programske opreme za simulacijo hidravličnega sistema, ki jo je enostavno modelirati, in skupna simulacija programske opreme za večdomensko simulacijo glavni razvojni usmeritvi metode raziskovanja hidravličnih dinamičnih karakteristik v prihodnosti.
Čas objave: 17. januarja 2023