Wraz z ciągłym rozwojem i postępem techniki hydraulicznej, obszary jej zastosowań stają się coraz szersze.Układ hydrauliczny wykorzystywany do realizacji funkcji przekładni i sterowania staje się coraz bardziej złożony i stawiane są wyższe wymagania dotyczące jego elastyczności układu i różnych osiągów.Wszystko to spowodowało bardziej precyzyjne i głębsze wymagania dotyczące projektowania i produkcji nowoczesnych układów hydraulicznych.Spełnienie powyższych wymagań jest dalekie od możliwości jedynie wykorzystania tradycyjnego systemu do wykonania z góry określonego cyklu działania siłownika i spełnienia wymagań statycznych systemu.
Dlatego dla badaczy zajmujących się projektowaniem nowoczesnych układów hydraulicznych bardzo istotne jest zbadanie charakterystyk dynamicznych hydraulicznych układów przeniesienia napędu i sterowania, zrozumienie i opanowanie charakterystyk dynamicznych oraz zmian parametrów w procesie pracy układu hydraulicznego, tak aby dalsze ulepszanie i udoskonalanie układu hydraulicznego..
1. Istota charakterystyk dynamicznych układu hydraulicznego
Charakterystyki dynamiczne układu hydraulicznego to zasadniczo cechy, jakie wykazuje układ hydrauliczny w procesie utraty pierwotnego stanu równowagi i osiągnięcia nowego stanu równowagi.Ponadto istnieją dwie główne przyczyny przerwania pierwotnego stanu równowagi układu hydraulicznego i uruchomienia jego dynamicznego procesu: jedna jest spowodowana zmianą procesu w układzie przeniesienia napędu lub sterowania;drugi jest spowodowany zakłóceniami zewnętrznymi.W tym dynamicznym procesie każda zmienna parametru w układzie hydraulicznym zmienia się w czasie, a przebieg tego procesu zmiany określa jakość charakterystyk dynamicznych układu.
2. Metoda badania hydraulicznych charakterystyk dynamicznych
Głównymi metodami badania charakterystyk dynamicznych układów hydraulicznych są metoda analizy funkcji, metoda symulacji, metoda badań eksperymentalnych i metoda symulacji cyfrowej.
2.1 Metoda analizy funkcji
Analiza funkcji przenoszenia jest metodą badawczą opartą na klasycznej teorii sterowania.Analiza charakterystyk dynamicznych układów hydraulicznych za pomocą klasycznej teorii sterowania ogranicza się zwykle do układów liniowych z jednym wejściem i jednym wyjściem.Ogólnie rzecz biorąc, najpierw ustala się model matematyczny układu, zapisuje się jego postać przyrostową, a następnie przeprowadza się transformację Laplace'a w taki sposób, że otrzymuje się funkcję przenoszenia układu, a następnie funkcję przenoszenia układu przekształca się na Bode reprezentację diagramu, która jest łatwa do intuicyjnej analizy.Na koniec analizuje się charakterystykę odpowiedzi za pomocą krzywej fazowo-częstotliwościowej i krzywej amplitudy-częstotliwości na wykresie Bodego.W przypadku problemów nieliniowych ich czynniki nieliniowe są często ignorowane lub upraszczane do postaci układu liniowego.W rzeczywistości układy hydrauliczne często charakteryzują się złożonymi czynnikami nieliniowymi, dlatego przy analizie charakterystyk dynamicznych układów hydraulicznych tą metodą występują duże błędy analityczne.Ponadto metoda analizy funkcji przenoszenia traktuje obiekt badań jako czarną skrzynkę, skupia się jedynie na wejściu i wyjściu systemu, a nie omawia stanu wewnętrznego obiektu badań.
Metoda analizy przestrzeni stanów polega na zapisaniu modelu matematycznego procesu dynamicznego badanego układu hydraulicznego w postaci równania stanu będącego układem równań różniczkowych pierwszego rzędu, który reprezentuje pochodną pierwszego rzędu każdej zmiennej stanu w układzie hydraulicznym. systemu.Funkcja kilku innych zmiennych stanu i zmiennych wejściowych;ta zależność funkcjonalna może być liniowa lub nieliniowa.Aby zapisać model matematyczny procesu dynamicznego układu hydraulicznego w postaci równania stanu, powszechnie stosowaną metodą jest użycie funkcji przenoszenia w celu wyliczenia równania funkcji stanu lub użycie równania różniczkowego wyższego rzędu w celu wyliczenia równanie stanu i diagram wiązań mocy można również wykorzystać do wyszczególnienia równania stanu.Ta metoda analizy zwraca uwagę na wewnętrzne zmiany badanego systemu i może radzić sobie z problemami wielu wejść i wielu wyjść, co znacznie poprawia wady metody analizy funkcji przenoszenia.
Metoda analizy funkcji, w tym metoda analizy funkcji przenoszenia i metoda analizy przestrzeni stanów, stanowi matematyczną podstawę umożliwiającą ludziom zrozumienie i analizę wewnętrznych charakterystyk dynamicznych układu hydraulicznego.Do analizy wykorzystuje się metodę funkcji opisu, dlatego nieuchronnie pojawiają się błędy w analizie i często wykorzystuje się ją w analizie prostych systemów.
2.2 Metoda symulacji
W czasach, gdy technologia komputerowa nie była jeszcze popularna, wykorzystanie komputerów analogowych lub obwodów analogowych do symulacji i analizy charakterystyk dynamicznych układów hydraulicznych było również praktyczną i skuteczną metodą badawczą.Komputer analogowy narodził się przed komputerem cyfrowym, a jego zasadą jest badanie charakterystyki układu analogowego w oparciu o podobieństwo w matematycznym opisie zmieniających się praw różnych wielkości fizycznych.Jego zmienną wewnętrzną jest stale zmieniająca się zmienna napięcia, a działanie tej zmiennej opiera się na podobnej zależności działania właściwości elektrycznych napięcia, prądu i komponentów w obwodzie.
Komputery analogowe szczególnie nadają się do rozwiązywania zwykłych równań różniczkowych, dlatego nazywane są również analogowymi analizatorami różnicowymi.Większość procesów dynamicznych układów fizycznych, w tym układów hydraulicznych, wyrażona jest w postaci matematycznej równań różniczkowych, dlatego komputery analogowe doskonale nadają się do badań symulacyjnych układów dynamicznych.
Gdy działa metoda symulacyjna, różne elementy obliczeniowe są łączone zgodnie z modelem matematycznym układu, a obliczenia wykonywane są równolegle.Napięcia wyjściowe każdego komponentu obliczeniowego reprezentują odpowiednie zmienne w systemie.Zalety związku.Jednak głównym celem tej metody analizy jest dostarczenie modelu elektronicznego, który można wykorzystać do badań eksperymentalnych, a nie do uzyskania dokładnej analizy problemów matematycznych, więc ma ona fatalną wadę w postaci niskiej dokładności obliczeń;ponadto jego obwód analogowy ma często złożoną strukturę, odporny na zdolność do ingerencji w świat zewnętrzny jest niezwykle słaba.
2.3 Eksperymentalna metoda badań
Eksperymentalna metoda badawcza jest niezbędną metodą badawczą do analizy charakterystyk dynamicznych układu hydraulicznego, zwłaszcza gdy w przeszłości nie było praktycznej teoretycznej metody badawczej, takiej jak symulacja cyfrowa, można ją analizować jedynie metodami eksperymentalnymi.Dzięki badaniom eksperymentalnym możemy intuicyjnie i naprawdę zrozumieć charakterystykę dynamiczną układu hydraulicznego i zmiany powiązanych parametrów, ale analiza układu hydraulicznego poprzez eksperymenty ma wady związane z długim okresem czasu i wysokimi kosztami.
Ponadto w przypadku złożonego układu hydraulicznego nawet doświadczeni inżynierowie nie są do końca pewni jego dokładnego zamodelowania matematycznego, dlatego niemożliwe jest przeprowadzenie prawidłowej analizy i badań jego procesu dynamicznego.Dokładność zbudowanego modelu można skutecznie zweryfikować poprzez połączenie metody z eksperymentem i można przedstawić sugestie dotyczące rewizji w celu ustalenia prawidłowego modelu;jednocześnie wyniki obu badań można porównać za pomocą badań symulacyjnych i eksperymentalnych w tych samych warunkach. Analiza w celu zapewnienia, że błędy symulacji i eksperymentów mieszczą się w kontrolowanym zakresie, dzięki czemu można skrócić cykl badawczy i uzyskać korzyści można ulepszyć w oparciu o zapewnienie wydajności i jakości.Dlatego też współczesne eksperymentalne metody badawcze są często stosowane jako niezbędny środek do porównywania i weryfikacji symulacji numerycznych lub innych wyników badań teoretycznych ważnych charakterystyk dynamicznych układu hydraulicznego.
2.4 Cyfrowa metoda symulacji
Postęp współczesnej teorii sterowania oraz rozwój technologii komputerowej przyniósł nową metodę badania charakterystyk dynamicznych układów hydraulicznych, czyli metodę symulacji cyfrowej.W metodzie tej w pierwszej kolejności ustala się model matematyczny procesu układu hydraulicznego i wyraża go równaniem stanu, a następnie na komputerze uzyskuje się rozwiązanie w dziedzinie czasu każdej głównej zmiennej układu w procesie dynamicznym.
Metoda symulacji cyfrowej jest odpowiednia zarówno dla układów liniowych, jak i nieliniowych.Może symulować zmiany parametrów układu pod wpływem dowolnej funkcji wejściowej, a następnie uzyskać bezpośrednie i wszechstronne zrozumienie dynamicznego procesu układu hydraulicznego.Już na pierwszym etapie można przewidzieć charakterystykę dynamiczną układu hydraulicznego, dzięki czemu wyniki projektowania można z czasem porównać, zweryfikować i udoskonalić, co skutecznie gwarantuje, że zaprojektowany układ hydrauliczny będzie charakteryzował się dobrą wydajnością roboczą i dużą niezawodnością.W porównaniu z innymi środkami i metodami badania wydajności hydraulicznej, technologia symulacji cyfrowej ma zalety takie jak dokładność, niezawodność, duże możliwości adaptacji, krótki cykl i oszczędności ekonomiczne.Dlatego też metoda symulacji cyfrowej znalazła szerokie zastosowanie w badaniach wydajności dynamicznej układu hydraulicznego.
3. Kierunki rozwoju metod badawczych hydraulicznych charakterystyk dynamicznych
Poprzez analizę teoretyczną metody symulacji cyfrowej, w połączeniu z metodą badawczą polegającą na porównywaniu i weryfikacji wyników eksperymentalnych, stała się ona głównym nurtem badania hydraulicznych charakterystyk dynamicznych.Ponadto, ze względu na przewagę technologii symulacji cyfrowej, rozwój badań hydraulicznych charakterystyk dynamicznych będzie ściśle zintegrowany z rozwojem technologii symulacji cyfrowej.Dogłębne badanie teorii modelowania i powiązanych algorytmów układu hydraulicznego oraz opracowanie oprogramowania do symulacji układu hydraulicznego, które będzie łatwe do modelowania, tak aby technicy hydraulicy mogli poświęcić więcej energii na badania zasadniczej pracy układu hydraulicznego, jest rozwój dziedziny badań hydraulicznych charakterystyk dynamicznych.jeden z kierunków.
Ponadto, ze względu na złożoność składu nowoczesnych układów hydraulicznych, w badaniu ich charakterystyk dynamicznych często uwzględnia się zagadnienia mechaniczne, elektryczne, a nawet pneumatyczne.Można zauważyć, że analiza dynamiczna układu hydraulicznego jest czasami kompleksową analizą problemów takich jak hydraulika elektromechaniczna.Dlatego rozwój uniwersalnego oprogramowania do symulacji hydraulicznej, w połączeniu z odpowiednimi zaletami oprogramowania symulacyjnego w różnych obszarach badawczych, w celu uzyskania wielowymiarowej wspólnej symulacji układów hydraulicznych, stał się głównym kierunkiem rozwoju obecnej metody badań hydraulicznych właściwości dynamicznych.
Wraz z poprawą wymagań eksploatacyjnych nowoczesnego układu hydraulicznego, tradycyjny układ hydrauliczny, aby zakończyć z góry określony cykl działania siłownika i spełnić wymagania statyczne układu, nie jest już w stanie spełniać wymagań, dlatego konieczne jest zbadanie charakterystyki dynamicznej układ hydrauliczny.
Na podstawie wyjaśnienia istoty badań charakterystyk dynamicznych układu hydraulicznego w artykule szczegółowo przedstawiono cztery główne metody badania charakterystyk dynamicznych układu hydraulicznego, do których zalicza się metodę analizy funkcyjnej, metodę symulacyjną, badania doświadczalne Metoda i metoda symulacji cyfrowej oraz ich zalety i wady.Wskazuje się, że rozwój łatwego w modelowaniu oprogramowania do symulacji układów hydraulicznych oraz łączenie symulacji wielodziedzinowych programów symulacyjnych to główne kierunki rozwoju metody badań hydraulicznych charakterystyk dynamicznych w przyszłości.
Czas publikacji: 17 stycznia 2023 r