Método de investigación de características dinámicas del sistema hidráulico.

Con el continuo desarrollo y progreso de la tecnología hidráulica, sus campos de aplicación son cada vez más extensos. El sistema hidráulico utilizado para completar las funciones de transmisión y control es cada vez más complejo y se plantean mayores requisitos para la flexibilidad del sistema y sus diversas prestaciones. Todo esto ha traído requisitos más precisos y profundos al diseño y fabricación de sistemas hidráulicos modernos. Está lejos de poder cumplir los requisitos anteriores únicamente utilizando el sistema tradicional para completar el ciclo de acción predeterminado del actuador y cumplir 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 control y transmisión hidráulica, comprender y dominar las características dinámicas y los cambios de parámetros en el proceso de trabajo del sistema hidráulico, para poder mejorar y perfeccionar aún más 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: una es causada por el cambio de proceso del sistema de transmisión o control; el otro es causado por interferencia externa. En este proceso dinámico, cada parámetro variable en el sistema hidráulico cambia con el tiempo, y el desempeño de este proceso de cambio determina la calidad de las características dinámicas del sistema.

2. Método de investigación de las 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 clásica. El análisis de las características dinámicas de los sistemas hidráulicos con la teoría de control clásica generalmente se limita a sistemas lineales de una sola entrada y una sola salida. Generalmente, primero se establece el modelo matemático del sistema, se escribe su forma incremental y luego se realiza la transformada 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 función de Bode. Representación de diagrama que es fácil de analizar de forma intuitiva. Finalmente, las características de respuesta se analizan a través de la curva fase-frecuencia y la curva amplitud-frecuencia en el diagrama de Bode. Cuando se encuentran problemas no lineales, sus factores no lineales a menudo se ignoran o se 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 al analizar 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 una caja negra, solo se centra en la entrada y salida del sistema y no analiza el estado interno del objeto de investigación.

El método de análisis del espacio de estados consiste en escribir el modelo matemático del proceso dinámico del sistema hidráulico en estudio como una ecuación de estado, la cual es un sistema de ecuaciones diferenciales de primer orden, que representa la derivada de primer orden de cada variable de estado en el sistema hidráulico. sistema. 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 ecuación de estado, el método comúnmente usado es usar la función de transferencia para derivar la ecuación de la función de estado, o usar la ecuación diferencial de orden superior para derivar la La ecuación de estado y el diagrama de enlace de potencia también se pueden utilizar para enumerar la ecuación de estado. Este método de análisis presta atención a los cambios internos del sistema investigado y puede abordar problemas de múltiples entradas 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, incluido el método de análisis de funciones de transferencia y el método de análisis del espacio de estados, es la base matemática para que las personas comprendan y analicen las características dinámicas internas del sistema hidráulico. El método de la función de descripción se utiliza para el análisis, por lo que inevitablemente se producen errores de análisis y, a menudo, se utiliza en el análisis de sistemas simples.

2.2 Método de simulación
En una era en la 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 eficaz. La computadora analógica nació antes que la computadora digital y su principio es estudiar las características del sistema analógico basándose 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 del circuito.

Las computadoras analógicas son especialmente adecuadas para resolver ecuaciones diferenciales ordinarias, por lo que también se les llama analizadores diferenciales analógicos. La mayoría de los procesos dinámicos de los sistemas físicos, incluidos los sistemas hidráulicos, se expresan en 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, varios componentes informáticos se conectan 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 investigaciones experimentales, en lugar de obtener un análisis preciso de problemas matemáticos, por lo que tiene la fatal desventaja de una baja precisión de cálculo; Además, su circuito analógico suele tener 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 en el pasado no existía un método de investigación teórico práctico como la simulación digital, solo se puede analizar mediante métodos experimentales. A través de la 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 de un largo período y un alto costo.

Además, incluso los ingenieros experimentados no están completamente seguros de su modelado matemático exacto del complejo sistema hidráulico, por lo que es imposible realizar análisis e investigaciones correctos sobre su proceso dinámico. La precisión del modelo construido se puede verificar de manera efectiva mediante el 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 las mismas condiciones. Análisis, para garantizar que los errores de la simulación y los experimentos estén dentro del rango controlable, de modo que el ciclo de investigación pueda acortarse y los beneficios. pueden mejorarse garantizando la eficiencia y la calidad. Por lo tanto, el método de investigación experimental actual se utiliza a menudo como un medio necesario para comparar y verificar la simulación numérica u otros resultados de investigación teórica de características dinámicas importantes 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, primero se establece el modelo matemático del proceso del sistema hidráulico, se expresa mediante la ecuación de estado, y luego se obtiene en la computadora la solución en el dominio del tiempo de cada variable principal del sistema en el proceso dinámico.

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 y completa 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 puedan comparar, verificar y mejorar a tiempo, lo que puede garantizar de manera efectiva que el sistema hidráulico diseñado tenga un buen rendimiento de trabajo y una alta confiabilidad. En comparación con otros medios y métodos para estudiar el rendimiento dinámico hidráulico, la tecnología de simulación digital tiene las ventajas de precisión, confiabilidad, gran adaptabilidad, ciclo corto y ahorro económico. Por lo tanto, el método de simulación digital ha sido ampliamente utilizado en el campo de la investigación del rendimiento dinámico hidráulico.

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

A través del análisis teórico del método de simulación digital, combinado con el método de investigación de 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. El estudio en profundidad de la teoría del modelado y los algoritmos relacionados del sistema hidráulico, y el desarrollo de software de simulación del sistema hidráulico que sea fácil de modelar, de modo que los técnicos hidráulicos puedan dedicar más energía a la investigación del trabajo esencial del sistema hidráulico. el desarrollo del campo de la investigación de las características dinámicas hidráulicas. una de las direcciones.

Además, dada la complejidad de la composición de los sistemas hidráulicos modernos, en el estudio de sus características dinámicas suelen estar implicadas cuestiones mecánicas, eléctricas e incluso neumáticas. Se puede observar que el análisis dinámico del sistema hidráulico es en ocasiones un análisis integral de problemas como la hidráulica electromecánica. Por lo tanto, el desarrollo de software de simulación hidráulica universal, combinado con las respectivas ventajas del software de simulación en diferentes campos de investigación, para lograr una simulación conjunta multidimensional de sistemas hidráulicos se ha convertido en la principal dirección de desarrollo del método actual de investigación de características dinámicas hidráulicas.

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 de el sistema hidráulico.

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