Благодаря постоянному развитию и прогрессу гидравлической техники области ее применения становятся все более обширными. Гидравлическая система, используемая для выполнения функций трансмиссии и управления, становится все более сложной, и к ее гибкости и различным характеристикам предъявляются все более высокие требования. Все это привело к появлению более точных и глубоких требований к проектированию и производству современных гидравлических систем. Далеко не возможно удовлетворить вышеуказанные требования только за счет использования традиционной системы для завершения заранее определенного цикла действия привода и удовлетворения статических требований к производительности системы.
Поэтому исследователям, занимающимся проектированием современных гидравлических систем, очень необходимо изучить динамические характеристики гидравлических трансмиссий и систем управления, понять и освоить динамические характеристики и изменения параметров в рабочем процессе гидравлической системы, чтобы дальнейшее усовершенствование и совершенствование гидравлической системы. .
1. Сущность динамических характеристик гидросистемы.
Динамические характеристики гидравлической системы — это, по существу, характеристики, которые проявляет гидравлическая система в процессе потери исходного состояния равновесия и достижения нового состояния равновесия. Кроме того, существуют две основные причины нарушения исходного равновесного состояния гидравлической системы и запуска ее динамического процесса: одна вызвана изменением процесса трансмиссии или системы управления; другой вызван внешним вмешательством. В этом динамическом процессе каждый параметр гидравлической системы изменяется со временем, и эффективность этого процесса изменения определяет качество динамических характеристик системы.
2. Метод исследования гидродинамических характеристик.
Основными методами исследования динамических характеристик гидравлических систем являются метод функционального анализа, метод моделирования, метод экспериментального исследования и метод цифрового моделирования.
2.1 Метод функционального анализа
Анализ передаточной функции — это метод исследования, основанный на классической теории управления. Анализ динамических характеристик гидравлических систем с помощью классической теории управления обычно ограничивается линейными системами с одним входом и одним выходом. Обычно сначала создается математическая модель системы, записывается ее инкрементальная форма, а затем выполняется преобразование Лапласа, так что получается передаточная функция системы, а затем передаточная функция системы преобразуется в Боде. представление диаграммы, которое легко анализировать интуитивно. Наконец, характеристики отклика анализируются с помощью фазо-частотной кривой и амплитудно-частотной кривой на диаграмме Боде. При возникновении нелинейных задач нелинейные факторы часто игнорируются или упрощаются до линейной системы. Фактически, гидравлические системы часто имеют сложные нелинейные факторы, поэтому при анализе динамических характеристик гидравлических систем с помощью этого метода возникают большие ошибки анализа. Кроме того, метод анализа передаточной функции рассматривает объект исследования как черный ящик, фокусируется только на входных и выходных данных системы и не обсуждает внутреннее состояние объекта исследования.
Метод анализа пространства состояний заключается в записи математической модели динамического процесса исследуемой гидравлической системы в виде уравнения состояния, которое представляет собой систему дифференциальных уравнений первого порядка, представляющую собой производную первого порядка каждой переменной состояния в гидравлической системе. система. Функция нескольких других переменных состояния и входных переменных; эта функциональная связь может быть линейной или нелинейной. Чтобы записать математическую модель динамического процесса гидравлической системы в форме уравнения состояния, обычно используется метод использования передаточной функции для вывода уравнения функции состояния или использования дифференциального уравнения более высокого порядка для вывода уравнение состояния, а диаграмма энергетической связи также может использоваться для составления списка уравнения состояния. Этот метод анализа обращает внимание на внутренние изменения исследуемой системы и может решать проблемы с несколькими входами и несколькими выходами, что значительно устраняет недостатки метода анализа передаточной функции.
Метод функционального анализа, включающий метод анализа передаточной функции и метод анализа пространства состояний, является математической основой для понимания и анализа внутренних динамических характеристик гидравлической системы. Для анализа используется метод функции описания, поэтому неизбежно возникают ошибки анализа, и его часто используют при анализе простых систем.
2.2 Метод моделирования
В эпоху, когда компьютерные технологии еще не были популярны, использование аналоговых компьютеров или аналоговых схем для моделирования и анализа динамических характеристик гидравлических систем также было практичным и эффективным методом исследования. Аналоговый компьютер родился раньше цифрового компьютера, и его принцип заключается в изучении характеристик аналоговой системы на основе сходства математического описания законов изменения различных физических величин. Его внутренняя переменная представляет собой постоянно меняющуюся переменную напряжения, и работа этой переменной основана на аналогичном рабочем соотношении электрических характеристик напряжения, тока и компонентов в цепи.
Аналоговые компьютеры особенно подходят для решения обыкновенных дифференциальных уравнений, поэтому их еще называют аналоговыми дифференциальными анализаторами. Большинство динамических процессов физических систем, включая гидравлические системы, выражаются в математической форме дифференциальных уравнений, поэтому аналоговые компьютеры очень подходят для моделирования динамических систем.
При работе метода моделирования различные вычислительные компоненты соединяются согласно математической модели системы, и расчеты выполняются параллельно. Выходные напряжения каждого вычислительного компонента представляют собой соответствующие переменные в системе. Плюсы отношений. Однако основная цель этого метода анализа — предоставить электронную модель, которую можно использовать для экспериментальных исследований, а не для получения точного анализа математических задач, поэтому он имеет фатальный недостаток — низкую точность вычислений; кроме того, его аналоговая схема часто имеет сложную структуру и устойчива к воздействию внешнего мира. Способность вмешиваться во внешний мир крайне низка.
2.3 Экспериментальный метод исследования
Метод экспериментального исследования является незаменимым методом исследования для анализа динамических характеристик гидравлической системы, особенно когда в прошлом не было практического теоретического метода исследования, такого как цифровое моделирование, его можно проанализировать только экспериментальными методами. Посредством экспериментальных исследований мы можем интуитивно и достоверно понять динамические характеристики гидравлической системы и изменения связанных с ней параметров, но анализ гидравлической системы посредством экспериментов имеет недостатки, заключающиеся в длительном периоде и высокой стоимости.
Кроме того, для сложной гидросистемы даже опытные инженеры не до конца уверены в ее точном математическом моделировании, поэтому невозможно провести корректный анализ и исследование ее динамического процесса. Точность построенной модели можно эффективно проверить методом совмещения с экспериментом, а также внести предложения по доработке для установления правильной модели; в то же время результаты этих двух исследований можно сравнить с помощью моделирования и экспериментальных исследований в одних и тех же условиях. Анализ, чтобы гарантировать, что ошибки моделирования и экспериментов находятся в контролируемом диапазоне, чтобы можно было сократить цикл исследования и получить выгоду. могут быть улучшены на основе обеспечения эффективности и качества. Поэтому сегодняшний метод экспериментального исследования часто используется как необходимое средство для сравнения и проверки результатов численного моделирования или других теоретических исследований важных динамических характеристик гидравлической системы.
2.4 Метод цифрового моделирования
Прогресс современной теории управления и развитие компьютерных технологий привели к появлению нового метода исследования динамических характеристик гидравлических систем – метода цифрового моделирования. В этом методе сначала создается математическая модель процесса гидравлической системы и выражается уравнением состояния, а затем на компьютере получается решение во временной области каждой основной переменной системы в динамическом процессе.
Метод цифрового моделирования подходит как для линейных, так и для нелинейных систем. Он может моделировать изменения параметров системы под действием любой входной функции, а затем получать прямое и полное понимание динамического процесса гидравлической системы. Динамические характеристики гидравлической системы можно спрогнозировать на первом этапе, чтобы результаты проектирования можно было сравнивать, проверять и улучшать во времени, что может эффективно гарантировать, что спроектированная гидравлическая система имеет хорошие рабочие характеристики и высокую надежность. По сравнению с другими средствами и методами изучения гидравлических динамических характеристик технология цифрового моделирования имеет преимущества точности, надежности, высокой адаптируемости, короткого цикла и экономичности. Поэтому метод цифрового моделирования широко используется в области исследования гидравлических динамических характеристик.
3. Направление развития методов исследования гидродинамических характеристик.
Благодаря теоретическому анализу метода цифрового моделирования в сочетании с исследовательским методом сравнения и проверки экспериментальных результатов он стал основным методом изучения гидродинамических характеристик. Кроме того, благодаря превосходству технологии цифрового моделирования, развитие исследований гидравлических динамических характеристик будет тесно интегрировано с разработкой технологии цифрового моделирования. Углубленное изучение теории моделирования и связанных с ней алгоритмов гидравлической системы, а также разработка программного обеспечения для моделирования гидравлической системы, которое легко моделировать, чтобы специалисты по гидравлике могли уделять больше энергии исследованию основной работы гидравлической системы. развитие области исследования гидродинамических характеристик. одно из направлений.
Кроме того, ввиду сложности состава современных гидравлических систем при исследовании их динамических характеристик часто затрагиваются механические, электрические и даже пневматические вопросы. Видно, что динамический анализ гидравлической системы иногда представляет собой комплексный анализ таких проблем, как электромеханическая гидравлика. Таким образом, разработка универсального программного обеспечения для гидравлического моделирования в сочетании с соответствующими преимуществами программного обеспечения для моделирования в различных областях исследований для достижения многомерного совместного моделирования гидравлических систем стала основным направлением развития современного метода исследования гидравлических динамических характеристик.
С улучшением требований к производительности современной гидравлической системы традиционная гидравлическая система для завершения заранее определенного цикла действия привода и удовлетворения статических требований к производительности системы больше не может соответствовать требованиям, поэтому необходимо изучить динамические характеристики гидравлическая система.
На основе изложения сущности исследования динамических характеристик гидросистемы в статье подробно представлены четыре основных метода исследования динамических характеристик гидросистемы, в том числе метод функционального анализа, метод моделирования, экспериментальное исследование. метод и метод цифрового моделирования, их преимущества и недостатки. Указывается, что разработка программного обеспечения для моделирования гидравлических систем, которое легко моделировать, и совместное моделирование программного обеспечения многодоменного моделирования являются основными направлениями развития метода исследования гидродинамических характеристик в будущем.
Время публикации: 17 января 2023 г.