Onderzoeksmethode voor dynamische kenmerken van hydraulische systemen

Met de voortdurende ontwikkeling en vooruitgang van de hydraulische technologie worden de toepassingsgebieden ervan steeds uitgebreider. Het hydraulische systeem dat wordt gebruikt om de transmissie- en bedieningsfuncties te voltooien, wordt steeds complexer en er worden hogere eisen gesteld aan de systeemflexibiliteit en verschillende prestaties. Dit alles heeft preciezere en diepere eisen gesteld aan het ontwerp en de fabricage van moderne hydraulische systemen. Het is verre van mogelijk om aan de bovenstaande vereisten te voldoen door alleen het traditionele systeem te gebruiken om de vooraf bepaalde actiecyclus van de actuator te voltooien en te voldoen aan de statische prestatie-eisen van het systeem.

Daarom is het voor onderzoekers die zich bezighouden met het ontwerp van moderne hydraulische systemen zeer noodzakelijk om de dynamische kenmerken van hydraulische transmissie- en regelsystemen te bestuderen, de dynamische kenmerken en parameterveranderingen in het werkproces van het hydraulische systeem te begrijpen en te beheersen, om zo het hydraulisch systeem verder verbeteren en perfectioneren. .

1. De essentie van de dynamische kenmerken van het hydraulische systeem

De dynamische kenmerken van het hydraulische systeem zijn in wezen de kenmerken die het hydraulische systeem vertoont tijdens het proces waarbij het zijn oorspronkelijke evenwichtstoestand verliest en een nieuwe evenwichtstoestand bereikt. Bovendien zijn er twee belangrijke redenen voor het doorbreken van de oorspronkelijke evenwichtstoestand van het hydraulische systeem en het op gang brengen van het dynamische proces ervan: de ene wordt veroorzaakt door de procesverandering van het transmissie- of regelsysteem; de andere wordt veroorzaakt door externe interferentie. In dit dynamische proces verandert elke parametervariabele in het hydraulische systeem in de loop van de tijd, en de prestatie van dit veranderingsproces bepaalt de kwaliteit van de dynamische eigenschappen van het systeem.

2. Onderzoeksmethode naar hydraulische dynamische eigenschappen

De belangrijkste methoden voor het bestuderen van de dynamische eigenschappen van hydraulische systemen zijn de functieanalysemethode, de simulatiemethode, de experimentele onderzoeksmethode en de digitale simulatiemethode.

2.1 Functieanalysemethode
Overdrachtsfunctieanalyse is een onderzoeksmethode gebaseerd op de klassieke regeltheorie. Het analyseren van de dynamische eigenschappen van hydraulische systemen met de klassieke regeltheorie beperkt zich doorgaans tot lineaire systemen met één ingang en één uitgang. Over het algemeen wordt eerst het wiskundige model van het systeem vastgesteld en de incrementele vorm ervan geschreven, waarna de Laplace-transformatie wordt uitgevoerd, zodat de overdrachtsfunctie van het systeem wordt verkregen en vervolgens de overdrachtsfunctie van het systeem wordt omgezet in een Bode. diagramweergave die gemakkelijk intuïtief te analyseren is. Ten slotte worden de responskarakteristieken geanalyseerd via de fase-frequentiecurve en amplitude-frequentiecurve in het Bode-diagram. Bij het tegenkomen van niet-lineaire problemen worden de niet-lineaire factoren ervan vaak genegeerd of vereenvoudigd tot een lineair systeem. In feite hebben hydraulische systemen vaak complexe niet-lineaire factoren, dus er zijn grote analysefouten bij het analyseren van de dynamische kenmerken van hydraulische systemen met deze methode. Bovendien behandelt de overdrachtsfunctieanalysemethode het onderzoeksobject als een black box, richt het zich alleen op de input en output van het systeem en bespreekt het niet de interne toestand van het onderzoeksobject.

De analysemethode voor de toestandsruimte bestaat uit het schrijven van het wiskundige model van het dynamische proces van het hydraulische systeem dat wordt bestudeerd als een toestandsvergelijking, een differentiaalvergelijkingssysteem van de eerste orde, dat de afgeleide van de eerste orde van elke toestandsvariabele in het hydraulische systeem weergeeft. systeem. Een functie van verschillende andere statusvariabelen en invoervariabelen; deze functionele relatie kan lineair of niet-lineair zijn. Om een ​​wiskundig model van het dynamische proces van een hydraulisch systeem te schrijven in de vorm van een toestandsvergelijking, is de algemeen gebruikte methode het gebruik van de overdrachtsfunctie om de toestandsfunctievergelijking af te leiden, of het gebruik van de differentiaalvergelijking van hogere orde om de toestandsfunctievergelijking af te leiden. toestandsvergelijking, en het machtsbindingsdiagram kan ook worden gebruikt om de toestandsvergelijking weer te geven. Deze analysemethode besteedt aandacht aan de interne veranderingen van het onderzochte systeem en kan omgaan met multi-input- en multi-outputproblemen, wat de tekortkomingen van de overdrachtsfunctieanalysemethode aanzienlijk verbetert.

De functieanalysemethode, inclusief de overdrachtsfunctieanalysemethode en de toestandsruimteanalysemethode, is de wiskundige basis voor mensen om de interne dynamische kenmerken van het hydraulische systeem te begrijpen en te analyseren. De beschrijvingsfunctiemethode wordt gebruikt voor analyse, dus analysefouten treden onvermijdelijk op, en wordt vaak gebruikt bij de analyse van eenvoudige systemen.

2.2 Simulatiemethode
In het tijdperk waarin computertechnologie nog niet populair was, was het gebruik van analoge computers of analoge circuits om de dynamische eigenschappen van hydraulische systemen te simuleren en analyseren ook een praktische en effectieve onderzoeksmethode. De analoge computer werd geboren vóór de digitale computer, en het principe ervan is het bestuderen van de kenmerken van het analoge systeem op basis van de gelijkenis in de wiskundige beschrijving van de veranderende wetten van verschillende fysieke grootheden. De interne variabele is een continu veranderende spanningsvariabele, en de werking van de variabele is gebaseerd op de vergelijkbare werkingsrelatie van de elektrische kenmerken van de spanning, stroom en componenten in het circuit.

Analoge computers zijn vooral geschikt voor het oplossen van gewone differentiaalvergelijkingen, daarom worden ze ook wel analoge differentiaalanalysatoren genoemd. De meeste dynamische processen van fysieke systemen, inclusief hydraulische systemen, worden uitgedrukt in de wiskundige vorm van differentiaalvergelijkingen, dus analoge computers zijn zeer geschikt voor het simulatieonderzoek van dynamische systemen.

Wanneer de simulatiemethode werkt, worden verschillende computercomponenten verbonden volgens het wiskundige model van het systeem, en worden de berekeningen parallel uitgevoerd. De uitgangsspanningen van elke computercomponent vertegenwoordigen de overeenkomstige variabelen in het systeem. Voordelen van de relatie. Het voornaamste doel van deze analysemethode is echter het verschaffen van een elektronisch model dat kan worden gebruikt voor experimenteel onderzoek, in plaats van het verkrijgen van een nauwkeurige analyse van wiskundige problemen. Het heeft dus het fatale nadeel van een lage rekennauwkeurigheid; bovendien is het analoge circuit vaak complex van structuur en bestand tegen het vermogen om zich met de buitenwereld te bemoeien is extreem slecht.

2.3 Experimentele onderzoeksmethode
De experimentele onderzoeksmethode is een onmisbare onderzoeksmethode voor het analyseren van de dynamische eigenschappen van het hydraulische systeem, vooral als er in het verleden geen praktische theoretische onderzoeksmethode zoals digitale simulatie bestond, kan deze alleen met experimentele methoden worden geanalyseerd. Door middel van experimenteel onderzoek kunnen we de dynamische kenmerken van het hydraulische systeem en de veranderingen van gerelateerde parameters intuïtief en echt begrijpen, maar de analyse van het hydraulische systeem door middel van experimenten heeft de nadelen van een lange periode en hoge kosten.

Bovendien zijn voor het complexe hydraulische systeem zelfs ervaren ingenieurs niet volledig zeker van de nauwkeurige wiskundige modellering ervan, waardoor het onmogelijk is om correcte analyses en onderzoek uit te voeren naar het dynamische proces ervan. De nauwkeurigheid van het gebouwde model kan effectief worden geverifieerd door de methode van combinatie met het experiment, en suggesties voor herziening kunnen worden gegeven om het juiste model vast te stellen; tegelijkertijd kunnen de resultaten van de twee worden vergeleken door middel van simulatie en experimenteel onderzoek onder dezelfde omstandigheden. Analyse, om ervoor te zorgen dat de fouten van simulatie en experimenten binnen het controleerbare bereik liggen, zodat de onderzoekscyclus kan worden verkort en de voordelen kan worden verbeterd op basis van het waarborgen van efficiëntie en kwaliteit. Daarom wordt de huidige experimentele onderzoeksmethode vaak gebruikt als een noodzakelijk middel om de numerieke simulatie of andere theoretische onderzoeksresultaten van belangrijke dynamische eigenschappen van hydraulische systemen te vergelijken en te verifiëren.

2.4 Digitale simulatiemethode
De vooruitgang van de moderne regeltheorie en de ontwikkeling van computertechnologie hebben een nieuwe methode opgeleverd voor de studie van de dynamische kenmerken van hydraulische systemen, namelijk de digitale simulatiemethode. Bij deze methode wordt eerst het wiskundige model van het hydraulische systeemproces opgesteld en uitgedrukt door de toestandsvergelijking, en vervolgens wordt de tijddomeinoplossing van elke hoofdvariabele van het systeem in het dynamische proces op de computer verkregen.

De digitale simulatiemethode is geschikt voor zowel lineaire systemen als niet-lineaire systemen. Het kan de veranderingen van systeemparameters simuleren onder invloed van elke invoerfunctie, en vervolgens een direct en uitgebreid inzicht verkrijgen in het dynamische proces van het hydraulische systeem. De dynamische prestaties van het hydraulische systeem kunnen in de eerste fase worden voorspeld, zodat de ontwerpresultaten op tijd kunnen worden vergeleken, geverifieerd en verbeterd, wat er effectief voor kan zorgen dat het ontworpen hydraulische systeem goede werkprestaties en hoge betrouwbaarheid heeft. Vergeleken met andere middelen en methoden om hydraulische dynamische prestaties te bestuderen, heeft digitale simulatietechnologie de voordelen van nauwkeurigheid, betrouwbaarheid, sterk aanpassingsvermogen, korte cycli en economische besparingen. Daarom wordt de digitale simulatiemethode op grote schaal gebruikt op het gebied van hydraulisch dynamisch prestatieonderzoek.

3. Ontwikkelingsrichting van onderzoeksmethoden voor hydraulisch-dynamische eigenschappen

Door de theoretische analyse van de digitale simulatiemethode, gecombineerd met de onderzoeksmethode voor het vergelijken en verifiëren van de experimentele resultaten, is het de reguliere methode geworden voor het bestuderen van de hydraulisch-dynamische eigenschappen. Bovendien zal, vanwege de superioriteit van digitale simulatietechnologie, de ontwikkeling van onderzoek naar hydraulische dynamische eigenschappen nauw worden geïntegreerd met de ontwikkeling van digitale simulatietechnologie. Een diepgaande studie van de modelleringstheorie en gerelateerde algoritmen van het hydraulische systeem, en de ontwikkeling van software voor simulatie van hydraulische systemen die eenvoudig te modelleren is, zodat hydraulische technici meer energie kunnen besteden aan het onderzoek naar de essentiële werkzaamheden van het hydraulische systeem. de ontwikkeling van het onderzoek naar hydraulisch-dynamische eigenschappen. één van de richtingen.

Bovendien zijn, gezien de complexiteit van de samenstelling van moderne hydraulische systemen, mechanische, elektrische en zelfs pneumatische problemen vaak betrokken bij de studie van hun dynamische kenmerken. Het is duidelijk dat de dynamische analyse van het hydraulische systeem soms een uitgebreide analyse is van problemen zoals elektromechanische hydraulica. Daarom is de ontwikkeling van universele hydraulische simulatiesoftware, gecombineerd met de respectieve voordelen van simulatiesoftware op verschillende onderzoeksgebieden, om multidimensionale gezamenlijke simulatie van hydraulische systemen te bereiken, de belangrijkste ontwikkelingsrichting geworden van de huidige onderzoeksmethode voor hydraulische dynamische kenmerken.

Met de verbetering van de prestatie-eisen van het moderne hydraulische systeem, kan het traditionele hydraulische systeem om de vooraf bepaalde actiecyclus van de actuator te voltooien en te voldoen aan de statische prestatie-eisen van het systeem niet langer aan de eisen voldoen, dus het is absoluut noodzakelijk om de dynamische kenmerken van te bestuderen het hydraulische systeem.

Op basis van het uiteenzetten van de essentie van het onderzoek naar de dynamische kenmerken van het hydraulische systeem, introduceert dit artikel in detail vier hoofdmethoden voor het bestuderen van de dynamische kenmerken van het hydraulische systeem, waaronder de functieanalysemethode, de simulatiemethode, het experimentele onderzoek. methode en de digitale simulatiemethode, en hun voor- en nadelen. Er wordt op gewezen dat de ontwikkeling van eenvoudig te modelleren hydraulische systeemsimulatiesoftware en de gezamenlijke simulatie van multi-domein simulatiesoftware de belangrijkste ontwikkelingsrichtingen zijn van de onderzoeksmethode van hydraulische dynamische eigenschappen in de toekomst.