Método de investigación de características dinámicas del sistema hidráulico

Con el desarrollo continuo y el progreso de la tecnología hidráulica, sus campos de aplicación se están volviendo cada vez más extensos. El sistema hidráulico utilizado para completar las funciones de transmisión y control se está volviendo cada vez más complejo, y se presentan requisitos más altos para su flexibilidad del sistema y diversos rendimientos. Todos estos han traído requisitos más precisos y más profundos al diseño y fabricación de sistemas hidráulicos modernos. Está lejos de poder cumplir con los requisitos anteriores solo utilizando el sistema tradicional para completar el ciclo de acción predeterminado del actuador y cumplir con los requisitos de rendimiento estático del sistema.

Por lo tanto, para los investigadores dedicados al diseño de sistemas hidráulicos modernos, es muy necesario estudiar las características dinámicas de los sistemas de transmisión y control hidráulico, comprender y dominar las características dinámicas y los cambios de parámetros en el proceso de trabajo del sistema hidráulico, a fin de mejorar y perfeccionar el sistema hidráulico. .

1. La esencia de las características dinámicas del sistema hidráulico

Las características dinámicas del sistema hidráulico son esencialmente las características que exhibe el sistema hidráulico durante el proceso de perder su estado de equilibrio original y alcanzar un nuevo estado de equilibrio. Además, hay dos razones principales para romper el estado de equilibrio original del sistema hidráulico y desencadenar su proceso dinámico: uno es causado por el cambio de proceso del sistema de transmisión o control; el otro es causado por interferencia externa. En este proceso dinámico, cada variable de parámetro en el sistema hidráulico cambia con el tiempo, y el rendimiento de este proceso de cambio determina la calidad de las características dinámicas del sistema.

2. Método de investigación de características dinámicas hidráulicas

Los principales métodos para estudiar las características dinámicas de los sistemas hidráulicos son el método de análisis de funciones, el método de simulación, el método de investigación experimental y el método de simulación digital.

2.1 Método de análisis de funciones
El análisis de la función de transferencia es un método de investigación basado en la teoría de control clásico. Analizar las características dinámicas de los sistemas hidráulicos con la teoría de control clásico generalmente se limita a sistemas lineales de entrada única y salida única. En general, el modelo matemático del sistema se establece primero, y su forma incremental se escribe, y luego se realiza la transformación de Laplace, de modo que se obtiene la función de transferencia del sistema, y ​​luego la función de transferencia del sistema se convierte en una representación de diagrama de Bode que es fácil de analizar intuitivamente. Finalmente, las características de respuesta se analizan a través de la curva de frecuencia de fase y la curva de frecuencia de amplitud en el diagrama de Bode. Al encontrar problemas no lineales, sus factores no lineales a menudo se ignoran o simplifican en un sistema lineal. De hecho, los sistemas hidráulicos a menudo tienen factores no lineales complejos, por lo que existen grandes errores de análisis en el análisis de las características dinámicas de los sistemas hidráulicos con este método. Además, el método de análisis de la función de transferencia trata el objeto de investigación como un cuadro negro, solo se centra en la entrada y salida del sistema, y ​​no discute el estado interno del objeto de investigación.

El método de análisis de espacio de estado es escribir el modelo matemático del proceso dinámico del sistema hidráulico en estudio como una ecuación de estado, que es un sistema de ecuación diferencial de primer orden, que representa la derivada de primer orden de cada variable de estado en el sistema hidráulico. Una función de varias otras variables de estado y variables de entrada; Esta relación funcional puede ser lineal o no lineal. Para escribir un modelo matemático del proceso dinámico de un sistema hidráulico en forma de una ecuación de estado, el método comúnmente utilizado es utilizar la función de transferencia para derivar la ecuación de la función de estado, o usar la ecuación diferencial de orden superior para derivar la ecuación de estado, y el diagrama de enlace de potencia también se puede usar para enumerar la ecuación de estado. Este método de análisis presta atención a los cambios internos del sistema investigado y puede tratar con problemas de entrada múltiple y múltiples salidas, lo que mejora en gran medida las deficiencias del método de análisis de la función de transferencia.

El método de análisis de funciones que incluye el método de análisis de función de transferencia y el método de análisis de espacio de estado es la base matemática para que las personas comprendan y analicen las características dinámicas internas del sistema hidráulico. El método de función de descripción se utiliza para el análisis, por lo que los errores de análisis inevitablemente ocurren, y a menudo se usa en el análisis de sistemas simples.

2.2 Método de simulación
En la era en que la tecnología informática aún no era popular, el uso de computadoras analógicas o circuitos analógicos para simular y analizar las características dinámicas de los sistemas hidráulicos también era un método de investigación práctico y efectivo. La computadora analógica nació ante la computadora digital, y su principio es estudiar las características del sistema analógico basados ​​en la similitud en la descripción matemática de las leyes cambiantes de diferentes cantidades físicas. Su variable interna es una variable de voltaje que cambia continuamente, y el funcionamiento de la variable se basa en la relación de operación similar de las características eléctricas del voltaje, la corriente y los componentes en el circuito.

Las computadoras analógicas son especialmente adecuadas para resolver ecuaciones diferenciales ordinarias, por lo que también se llaman analizadores analógicos. La mayoría de los procesos dinámicos de los sistemas físicos, incluidos los sistemas hidráulicos, se expresan en la forma matemática de ecuaciones diferenciales, por lo que las computadoras analógicas son muy adecuadas para la investigación de simulación de sistemas dinámicos.

Cuando el método de simulación está funcionando, se conectan varios componentes informáticos de acuerdo con el modelo matemático del sistema, y ​​los cálculos se realizan en paralelo. Los voltajes de salida de cada componente informático representan las variables correspondientes en el sistema. Ventajas de la relación. Sin embargo, el objetivo principal de este método de análisis es proporcionar un modelo electrónico que pueda usarse para la investigación experimental, en lugar de obtener un análisis preciso de los problemas matemáticos, por lo que tiene la desventaja fatal de la baja precisión de cálculo; Además, su circuito analógico a menudo tiene una estructura compleja, resistente a la capacidad de interferir con el mundo exterior es extremadamente pobre.

2.3 Método de investigación experimental
El método de investigación experimental es un método de investigación indispensable para analizar las características dinámicas del sistema hidráulico, especialmente cuando no existe un método de investigación teórico práctico como la simulación digital en el pasado, solo puede analizarse mediante métodos experimentales. A través de una investigación experimental, podemos comprender de manera intuitiva y verdadera las características dinámicas del sistema hidráulico y los cambios de los parámetros relacionados, pero el análisis del sistema hidráulico a través de experimentos tiene las desventajas del período largo y el alto costo.

Además, para el complejo sistema hidráulico, incluso los ingenieros experimentados no están completamente seguros de su modelado matemático preciso, por lo que es imposible realizar un análisis e investigaciones correctos sobre su proceso dinámico. La precisión del modelo construido se puede verificar de manera efectiva a través del método de combinación con el experimento, y se pueden proporcionar sugerencias de revisión para establecer el modelo correcto; Al mismo tiempo, los resultados de los dos se pueden comparar mediante simulación e investigación experimental en el mismo análisis de condiciones, para garantizar que los errores de simulación y experimentos estén dentro del rango controlable, de modo que el ciclo de investigación se pueda acortar y que los beneficios se puedan mejorar en función de la garantía de la eficiencia y la calidad. Por lo tanto, el método de investigación experimental de hoy a menudo se usa como un medio necesario para comparar y verificar la simulación numérica u otros resultados de investigación teórica de importantes características dinámicas del sistema hidráulico.

2.4 Método de simulación digital
El progreso de la teoría de control moderna y el desarrollo de la tecnología informática han traído un nuevo método para el estudio de las características dinámicas del sistema hidráulico, es decir, el método de simulación digital. En este método, el modelo matemático del proceso del sistema hidráulico se establece primero y se expresa por la ecuación de estado, y luego la solución de dominio de tiempo de cada variable principal del sistema en el proceso dinámico se obtiene en la computadora.

El método de simulación digital es adecuado tanto para sistemas lineales como para sistemas no lineales. Puede simular los cambios de los parámetros del sistema bajo la acción de cualquier función de entrada, y luego obtener una comprensión directa e integral del proceso dinámico del sistema hidráulico. El rendimiento dinámico del sistema hidráulico se puede predecir en la primera etapa, de modo que los resultados del diseño se pueden comparar, verificar y mejorar en el tiempo, lo que puede garantizar efectivamente que el sistema hidráulico diseñado tenga un buen rendimiento de trabajo y una alta confiabilidad. En comparación con otras medias y métodos para estudiar el rendimiento dinámico hidráulico, la tecnología de simulación digital tiene las ventajas de precisión, confiabilidad, adaptabilidad fuerte, ciclo corto y ahorros económicos. Por lo tanto, el método de simulación digital se ha utilizado ampliamente en el campo de la investigación de rendimiento dinámico hidráulico.

3. Dirección de desarrollo de métodos de investigación para características dinámicas hidráulicas

A través del análisis teórico del método de simulación digital, combinado con el método de investigación para comparar y verificar los resultados experimentales, se ha convertido en el método principal para estudiar las características dinámicas hidráulicas. Además, debido a la superioridad de la tecnología de simulación digital, el desarrollo de la investigación sobre las características dinámicas hidráulicas se integrará estrechamente con el desarrollo de la tecnología de simulación digital. Estudio en profundidad de la teoría del modelado y los algoritmos relacionados del sistema hidráulico, y el desarrollo del software de simulación del sistema hidráulico que es fácil de modelar, por lo que los técnicos hidráulicos pueden dedicar más energía a la investigación del trabajo esencial del sistema hidráulico es el desarrollo del campo de la investigación de características dinámicas hidráulicas. una de las direcciones.

Además, en vista de la complejidad de la composición de los sistemas hidráulicos modernos, los problemas mecánicos, eléctricos e incluso neumáticos a menudo están involucrados en el estudio de sus características dinámicas. Se puede ver que el análisis dinámico del sistema hidráulico es a veces un análisis exhaustivo de problemas como la hidráulica electromecánica. Por lo tanto, el desarrollo del software de simulación hidráulica universal, combinado con las ventajas respectivas del software de simulación en diferentes campos de investigación, para lograr la simulación de la articulación multidimensional de sistemas hidráulicos se ha convertido en la principal dirección de desarrollo del método de investigación de características dinámicas hidráulicas actuales.

Con la mejora de los requisitos de rendimiento del sistema hidráulico moderno, el sistema hidráulico tradicional para completar el ciclo de acción predeterminado del actuador y cumplir con los requisitos de rendimiento estático del sistema ya no puede cumplir con los requisitos, por lo que es imperativo estudiar las características dinámicas del sistema hidráulico.

Sobre la base de exponer la esencia de la investigación sobre las características dinámicas del sistema hidráulico, este documento introduce en detalle cuatro métodos principales para estudiar las características dinámicas del sistema hidráulico, incluido el método de análisis de funciones, el método de simulación, el método de investigación experimental y el método de simulación digital, y sus ventajas y desventajas. Se señala que el desarrollo del software de simulación del sistema hidráulico que es fácil de modelar y la simulación conjunta del software de simulación de múltiples dominios son las principales direcciones de desarrollo del método de investigación de las características dinámicas hidráulicas en el futuro.