שיטת מחקר של מאפיינים דינמיים של מערכת הידראולית

עם ההתפתחות וההתקדמות המתמשכת של הטכנולוגיה ההידראולית, שדות היישום שלה הופכים נרחבים יותר ויותר. המערכת ההידראולית המשמשת להשלמת פונקציות ההעברה והבקרה הופכת מורכבת יותר ויותר, ודרישות גבוהות יותר מוצגות בגמישות המערכת שלה ולביצועים שונים. כל אלה הביאו דרישות מדויקות ועמוקות יותר לתכנון וייצור של מערכות הידראוליות מודרניות. זה רחוק מלהיות היכולת לעמוד בדרישות לעיל רק על ידי שימוש במערכת המסורתית להשלמת מחזור הפעולה שנקבע מראש של המפעיל ולעמוד בדרישות הביצועים הסטטיות של המערכת.

לפיכך, עבור חוקרים העוסקים בתכנון מערכות הידראוליות מודרניות, יש מאוד לחקור את המאפיינים הדינמיים של מערכות העברה ובקרה הידראוליות, להבין ולשלוט במאפיינים הדינמיים ושינויי הפרמטרים בתהליך העבודה של המערכת ההידראולית, כדי לשפר עוד יותר את המערכת ההידראולית ולשכלל עוד יותר. ו

1. תמצית המאפיינים הדינמיים של המערכת ההידראולית

המאפיינים הדינמיים של המערכת ההידראולית הם למעשה המאפיינים שמציגה המערכת ההידראולית במהלך איבוד מצב שיווי המשקל המקורי שלה והגעה למצב שיווי משקל חדש. יתר על כן, ישנן שתי סיבות עיקריות לשבירת מצב שיווי המשקל המקורי של המערכת ההידראולית ולהפעיל את התהליך הדינאמי שלה: האחד נגרם כתוצאה משינוי התהליך של מערכת ההעברה או הבקרה; האחר נגרם כתוצאה מהפרעות חיצוניות. בתהליך דינאמי זה, כל משתנה פרמטר במערכת ההידראולית משתנה עם הזמן, והביצועים של תהליך שינוי זה קובעים את איכות המאפיינים הדינמיים של המערכת.

2. שיטת מחקר של מאפיינים דינמיים הידראוליים

השיטות העיקריות לחקר המאפיינים הדינמיים של מערכות הידראוליות הן שיטת ניתוח פונקציות, שיטת סימולציה, שיטת מחקר ניסיונית ושיטת סימולציה דיגיטלית.

2.1 שיטת ניתוח פונקציות
ניתוח פונקציות העברה הוא שיטת מחקר המבוססת על תורת הבקרה הקלאסית. ניתוח המאפיינים הדינמיים של מערכות הידראוליות עם תיאוריית בקרה קלאסית מוגבל בדרך כלל למערכות לינאריות חד-קומיות ותפוקה אחת. באופן כללי, המודל המתמטי של המערכת נקבע תחילה, וצורתו המצטברת נכתבת ואז מתבצעת טרנספורמציה של Laplace, כך שתושג פונקציית ההעברה של המערכת ואז פונקציית ההעברה של המערכת תומר לייצוג תרשים בודה שקל לנתח באופן אינטואיטיבי. לבסוף, מאפייני התגובה מנותחים דרך עקומת תדר הפאזה ועקומת תדר המשרעת בתרשים BODE. כאשר נתקלים בבעיות לא לינאריות, לעתים קרובות מתעלמים או מפושטים את הגורמים הלא -לינאריים שלה למערכת ליניארית. למעשה, לרוב יש למערכות הידראוליות גורמים לא לינאריים מורכבים, כך שיש שגיאות ניתוח גדולות בניתוח המאפיינים הדינמיים של מערכות הידראוליות בשיטה זו. בנוסף, שיטת ניתוח פונקציות ההעברה מתייחסת לאובייקט המחקר כאל תיבה שחורה, מתמקדת רק בקלט ובפלט של המערכת ואינה דנה במצב הפנימי של אובייקט המחקר.

שיטת ניתוח החלל הממלכתית היא לכתוב את המודל המתמטי של התהליך הדינאמי של המערכת ההידראולית הנחקרת כמשוואת מדינה, שהיא מערכת משוואה דיפרנציאלית מסדר ראשון, המייצגת את הנגזרת מהסדר הראשון של כל משתנה מצב במערכת ההידראולית. פונקציה של מספר משתני מצב אחרים ומשתני קלט; קשר פונקציונלי זה יכול להיות ליניארי או לא לינארי. כדי לכתוב מודל מתמטי של התהליך הדינאמי של מערכת הידראולית בצורה של משוואה של מצב, השיטה הנפוצה היא להשתמש בפונקציית ההעברה כדי לגזור את משוואת הפונקציה של המדינה, או להשתמש גם במשוואת ההפרש בסדר גודל גבוה יותר כדי להפיק את משוואת המדינה, וניתן להשתמש בתרשים איגרות החשמל גם כדי לרשום את משוואת המדינה. שיטת ניתוח זו מקדישה תשומת לב לשינויים הפנימיים של המערכת שנחקרו ויכולה להתמודד עם בעיות רב-קלט ורב-תפוקה, מה שמשפר מאוד את החסרונות של שיטת ניתוח פונקציות ההעברה.

שיטת ניתוח הפונקציות הכוללת את שיטת ניתוח פונקציות ההעברה ושיטת ניתוח החלל המצב היא הבסיס המתמטי לאנשים להבין ולנתח את המאפיינים הדינמיים הפנימיים של המערכת ההידראולית. שיטת פונקציית התיאור משמשת לניתוח, ולכן שגיאות ניתוח מתרחשות בהכרח, ולעתים קרובות היא משמשת בניתוח מערכות פשוטות.

2.2 שיטת סימולציה
בעידן בו טכנולוגיית המחשבים עדיין לא הייתה פופולרית, שימוש במחשבים אנלוגיים או במעגלים אנלוגיים כדי לדמות ולנתח את המאפיינים הדינמיים של מערכות הידראוליות היה גם שיטת מחקר מעשית ויעילה. המחשב האנלוגי נולד לפני המחשב הדיגיטלי, והעיקרון שלו הוא ללמוד את המאפיינים של המערכת האנלוגית על סמך הדמיון בתיאור המתמטי של החוקים המשתנים של כמויות פיזיות שונות. המשתנה הפנימי שלו הוא משתנה מתח המשתנה ברציפות, ופעולת המשתנה מבוססת על יחסי הפעולה הדומים של המאפיינים החשמליים של המתח, הזרם והרכיבים במעגל.

מחשבים אנלוגיים מתאימים במיוחד לפיתרון משוואות דיפרנציאליות רגילות, ולכן הם נקראים גם מנתחי דיפרנציאל אנלוגיים. מרבית התהליכים הדינמיים של מערכות פיזיות כולל מערכות הידראוליות מתבטאות בצורה מתמטית של משוואות דיפרנציאליות, ולכן מחשבים אנלוגיים מתאימים מאוד למחקר הסימולציה של מערכות דינמיות.

כאשר שיטת הסימולציה פועלת, רכיבי מחשוב שונים מחוברים על פי המודל המתמטי של המערכת, והחישובים מבוצעים במקביל. מתחי היציאה של כל רכיב מחשוב מייצגים את המשתנים המתאימים במערכת. יתרונות הקשר. עם זאת, המטרה העיקרית של שיטת ניתוח זו היא לספק מודל אלקטרוני שיכול לשמש למחקר ניסיוני, ולא להשיג ניתוח מדויק של בעיות מתמטיות, כך שיש לו את החיסרון הקטלני של דיוק חישוב נמוך; בנוסף, המעגל האנלוגי שלו מורכב לרוב במבנה, עמיד בפני היכולת להפריע לעולם החיצון הוא גרוע ביותר.

2.3 שיטת מחקר ניסיונית
שיטת המחקר הניסוי היא שיטת מחקר חיובית לניתוח המאפיינים הדינמיים של המערכת ההידראולית, במיוחד כאשר אין שיטת מחקר תיאורטית מעשית כמו סימולציה דיגיטלית בעבר, ניתן לנתח אותה רק בשיטות ניסיוניות. באמצעות מחקר ניסיוני, אנו יכולים להבין באופן אינטואיטיבי ובאמת את המאפיינים הדינמיים של המערכת ההידראולית ואת השינויים של הפרמטרים הקשורים, אך לניתוח המערכת ההידראולית באמצעות ניסויים יש חסרונות של תקופה ארוכה ועלות גבוהה.

בנוסף, עבור המערכת ההידראולית המורכבת, אפילו מהנדסים מנוסים אינם בטוחים לחלוטין במודלים המתמטיים המדויקים שלה, ולכן אי אפשר לערוך ניתוח ומחקר נכון על התהליך הדינאמי שלה. ניתן לאמת ביעילות את הדיוק של המודל הבנוי בשיטת שילוב עם הניסוי, וניתן לספק הצעות לעדכון כדי לבסס את המודל הנכון; יחד עם זאת, ניתן להשוות את תוצאות השניים על ידי סימולציה ומחקר ניסיוני באותם ניתוח תנאים, כדי להבטיח כי שגיאות הסימולציה והניסויים נמצאות בטווח הנשלט, כך שניתן יהיה לקצר את מחזור המחקר וניתן לשפר את היתרונות על בסיס הבטחת יעילות ואיכות. לפיכך, שיטת המחקר הניסיונית של ימינו משמשת לרוב כאמצעי הכרחי להשוואה ולאמת את הסימולציה המספרית או תוצאות מחקר תיאורטיות אחרות של מאפיינים דינמיים חשובים של מערכת הידראולית.

2.4 שיטת סימולציה דיגיטלית
התקדמות תיאוריית הבקרה המודרנית ופיתוח טכנולוגיית המחשבים הביאו שיטה חדשה לחקר המאפיינים הדינמיים של המערכת ההידראולית, כלומר שיטת סימולציה דיגיטלית. בשיטה זו, המודל המתמטי של תהליך המערכת ההידראולית נקבע תחילה, ובא לידי ביטוי על ידי משוואת המדינה, ואז מתקבל פיתרון תחום הזמן של כל משתנה עיקרי של המערכת בתהליך הדינמי במחשב.

שיטת הסימולציה הדיגיטלית מתאימה הן למערכות ליניאריות והן למערכות לא לינאריות. זה יכול לדמות את השינויים של פרמטרי המערכת בפעולה של כל פונקציית קלט, ואז להשיג הבנה ישירה ומקיפה של התהליך הדינאמי של המערכת ההידראולית. ניתן לחזות את הביצועים הדינמיים של המערכת ההידראולית בשלב הראשון, כך שניתן להשוות את תוצאות העיצוב, לאמת ולשפר אותו בזמן, מה שיכול להבטיח ביעילות כי למערכת ההידראולית המעוצבת יש ביצועי עבודה טובים ואמינות גבוהה. בהשוואה לאמצעים ושיטות אחרות של לימוד ביצועים דינאמיים הידראוליים, לטכנולוגיית הסימולציה הדיגיטלית יש יתרונות של דיוק, אמינות, יכולת הסתגלות חזקה, מחזור קצר וחיסכון חסכוני. לפיכך, שיטת הסימולציה הדיגיטלית נעשה שימוש נרחב בתחום מחקר ביצועים דינאמיים הידראוליים.

3. כיוון פיתוח של שיטות מחקר למאפיינים דינאמיים הידראוליים

באמצעות הניתוח התיאורטי של שיטת הסימולציה הדיגיטלית, בשילוב עם שיטת המחקר של השוואה ואימות תוצאות הניסוי, היא הפכה לשיטת הזרם המרכזי לחקר המאפיינים הדינמיים ההידראוליים. יתר על כן, בשל עליונות טכנולוגיית הסימולציה הדיגיטלית, פיתוח המחקר על מאפיינים דינמיים הידראוליים ישולב מקרוב בפיתוח טכנולוגיית סימולציה דיגיטלית. מחקר מעמיק של תיאוריית הדוגמנות ואלגוריתמים קשורים של המערכת ההידראולית, ופיתוח תוכנת סימולציה של מערכת הידראולית שקל לדגמן, כך שטכנאים הידראוליים יוכלו להקדיש יותר אנרגיה למחקר של העבודה המהותית של המערכת ההידראולית היא פיתוח תחום של מחקרי מאפיינים הידראוליים. אחת ההוראות.

בנוסף, לאור המורכבות של הרכב המערכות ההידראוליות המודרניות, לעתים קרובות מעורבים סוגיות מכניות, חשמליות ואפילו פנאומטיות במחקר של המאפיינים הדינמיים שלהם. ניתן לראות כי הניתוח הדינאמי של המערכת ההידראולית הוא לעיתים ניתוח מקיף של בעיות כמו הידראוליקה אלקטרומכנית. לפיכך, פיתוח תוכנת סימולציה הידראולית אוניברסלית, בשילוב עם היתרונות המתאימים של תוכנת סימולציה בתחומי מחקר שונים, כדי להשיג סימולציה משותפת רב-ממדית של מערכות הידראוליות הפכה לכיוון הפיתוח העיקרי של שיטת המחקר הנוכחית של מאפיינים דינאמיים הידראוליים.

עם שיפור דרישות הביצועים של המערכת ההידראולית המודרנית, המערכת ההידראולית המסורתית להשלמת מחזור הפעולה שנקבע מראש של המפעיל ולעמוד בדרישות הביצועים הסטטיות של המערכת כבר לא יכולה לעמוד בדרישות, ולכן חובה ללמוד את המאפיינים הדינאמיים של המערכת ההידראולית.

על בסיס הגשת תמצית המחקר על המאפיינים הדינאמיים של המערכת ההידראולית, מאמר זה מציג בפירוט ארבע שיטות עיקריות לחקר המאפיינים הדינמיים של המערכת ההידראולית, כולל שיטת ניתוח הפונקציות, שיטת הסימולציה, שיטת המחקר הניסוי ושיטת ההדמיה הדיגיטלית, והיתרונות והפרות שלהם. מצוין כי פיתוח תוכנת סימולציה של מערכות הידראוליות שקל לדגמן והדמיית המשותף של תוכנת סימולציה מרובת תחומים הם כיווני הפיתוח העיקריים של שיטת המחקר של מאפיינים דינמיים הידראוליים בעתיד.