שיטת מחקר של מאפיינים דינמיים של מערכת הידראולית

עם הפיתוח וההתקדמות המתמשכת של הטכנולוגיה ההידראולית, תחומי היישום שלה הופכים נרחבים יותר ויותר. המערכת ההידראולית המשמשת להשלמת פונקציות ההעברה והבקרה הופכת למורכבת יותר ויותר, ומוצגות דרישות גבוהות יותר לגמישות המערכת ולביצועים השונים שלה. כל אלה הביאו דרישות מדויקות ועמוקות יותר לתכנון וייצור של מערכות הידראוליות מודרניות. זה רחוק מלהיות מסוגל לעמוד בדרישות לעיל רק על ידי שימוש במערכת המסורתית להשלמת מחזור הפעולה שנקבע מראש של המפעיל ולעמוד בדרישות הביצועים הסטטיים של המערכת.

לכן, עבור חוקרים העוסקים בתכנון מערכות הידראוליות מודרניות, יש צורך מאוד ללמוד את המאפיינים הדינמיים של מערכות הילוכים ובקרה הידראוליות, להבין ולשלוט במאפיינים הדינמיים ושינויי הפרמטרים בתהליך העבודה של המערכת ההידראולית, כדי לשפר ולשכלל עוד יותר את המערכת ההידראולית. .

1. מהות המאפיינים הדינמיים של המערכת ההידראולית

המאפיינים הדינמיים של המערכת ההידראולית הם בעצם המאפיינים שהמערכת ההידראולית מפגינה במהלך תהליך 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 והפעלת התהליך הדינמי שלה: האחת נגרמת על ידי שינוי תהליך של מערכת ההילוכים או הבקרה; השני נגרם מהפרעות חיצוניות. בתהליך דינמי 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 היא שיטת מחקר המבוססת על תורת הבקרה הקלאסית. ניתוח המאפיינים הדינמיים של מערכות הידראוליות עם תורת הבקרה הקלאסית מוגבל בדרך כלל למערכות ליניאריות חד-כניסה ופלט יחיד. בדרך כלל, המודל המתמטי של המערכת נקבע תחילה, והצורה המצטברת שלו נכתבת, ולאחר מכן מתבצעת טרנספורמציה של Laplace, כך שמתקבלת פונקציית ההעברה של המערכת, ולאחר מכן פונקציית ההעברה של המערכת מומרת ל-Bode ייצוג דיאגרמה שקל לנתח באופן אינטואיטיבי. לבסוף, מאפייני התגובה מנותחים באמצעות עקומת תדר פאזה ועקומת משרעת-תדר בתרשים Bode. כאשר נתקלים בבעיות לא ליניאריות, לעתים קרובות מתעלמים מהגורמים הלא ליניאריים שלו או מפשטים אותם למערכת ליניארית. למעשה, למערכות הידראוליות יש לרוב גורמים לא ליניאריים מורכבים, ולכן ישנן שגיאות ניתוח גדולות בניתוח המאפיינים הדינמיים של מערכות הידראוליות בשיטה זו. בנוסף, שיטת ניתוח פונקציות העברה מתייחסת לאובייקט המחקר כאל קופסה שחורה, מתמקדת רק בקלט ובפלט של המערכת, ואינה דנה במצב הפנימי של אובייקט המחקר.

שיטת ניתוח מרחב המצב היא לכתוב את המודל המתמטי של התהליך הדינמי של המערכת ההידראולית הנחקרת כמשוואת מצב, שהיא מערכת משוואות דיפרנציאליות מסדר ראשון, המייצגת את הנגזרת מהסדר הראשון של כל משתנה מצב בהידראולית. מַעֲרֶכֶת. פונקציה של מספר משתני מצב ומשתני קלט אחרים; קשר פונקציונלי זה יכול להיות ליניארי או לא ליניארי. כדי לכתוב מודל מתמטי של התהליך הדינמי של מערכת הידראולית בצורה של משוואת מצב, השיטה הנפוצה היא להשתמש בפונקציית ההעברה כדי לגזור את משוואת פונקציית המצב, או להשתמש במשוואת הדיפרנציאל מסדר גבוה יותר כדי לגזור את ניתן להשתמש במשוואת המצב, ובדיאגרמת קשרי הכוח ניתן להשתמש גם כדי לרשום את משוואת המצב. שיטת ניתוח זו שמה לב לשינויים הפנימיים של המערכת הנחקרה, ויכולה להתמודד עם בעיות ריבוי קלט ורב פלט, מה שמשפר מאוד את החסרונות של שיטת ניתוח פונקציות ההעברה.

שיטת ניתוח הפונקציות הכוללת את שיטת ניתוח פונקציית ההעברה ושיטת ניתוח מרחב המדינה היא הבסיס המתמטי עבור אנשים להבין ולנתח את המאפיינים הדינמיים הפנימיים של המערכת ההידראולית. שיטת פונקציית התיאור משמשת לניתוח, כך שטעויות ניתוח מתרחשות בהכרח, והיא משמשת לעתים קרובות בניתוח של מערכות פשוטות.

2.2 שיטת סימולציה
בעידן שבו טכנולוגיית המחשב 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 מאפייני המערכת האנלוגית על סמך הדמיון בתיאור המתמטי של החוקים המשתנים של גדלים פיזיקליים שונים. המשתנה הפנימי שלו הוא משתנה מתח המשתנה ללא הרף, ופעולת המשתנה מבוססת על יחסי הפעולה הדומה של המאפיינים החשמליים של המתח, הזרם והרכיבים במעגל.

מחשבים אנלוגיים מתאימים במיוחד לפתרון משוואות דיפרנציאליות רגילות, ולכן הם נקראים גם מנתחי דיפרנציאל אנלוגיים. רוב התהליכים הדינמיים של מערכות פיזיקליות כולל מערכות הידראוליות באים לידי ביטוי בצורה מתמטית של משוואות דיפרנציאליות, ולכן מחשבים אנלוגיים מתאימים מאוד לחקר סימולציה של מערכות דינמיות.

כאשר שיטת הסימולציה פועלת, מחברים רכיבי מחשוב שונים לפי המודל המתמטי של המערכת, והחישובים מתבצעים במקביל. מתחי המוצא של כל רכיב מחשוב מייצגים את המשתנים המתאימים במערכת. יתרונות הקשר. עם זאת, המטרה העיקרית של שיטת ניתוח זו היא לספק מודל אלקטרוני שניתן להשתמש בו למחקר ניסיוני, במקום לקבל ניתוח מדויק של בעיות מתמטיות, ולכן יש לה את החיסרון הקטלני של דיוק חישוב נמוך; בנוסף, המעגל האנלוגי שלו מורכב לרוב במבנה, עמיד בפני היכולת להפריע לעולם החיצון גרועה ביותר.

2.3 שיטת מחקר ניסויית
שיטת המחקר הניסיוני היא שיטת מחקר הכרחית לניתוח המאפיינים הדינמיים של המערכת ההידראולית, במיוחד כאשר אין בעבר שיטת מחקר תיאורטית מעשית כגון הדמיה דיגיטלית, ניתן לנתח אותה רק בשיטות ניסויות. באמצעות מחקר ניסיוני, אנו יכולים להבין באופן אינטואיטיבי ובאמת את המאפיינים הדינמיים של המערכת ההידראולית ואת השינויים של פרמטרים קשורים, אך לניתוח המערכת ההידראולית באמצעות ניסויים יש את החסרונות של תקופה ארוכה ועלות גבוהה.

בנוסף, עבור המערכת ההידראולית המורכבת, אפילו מהנדסים מנוסים אינם בטוחים לחלוטין במודל המתמטי המדויק שלה, כך שאי אפשר לבצע ניתוח ומחקר נכונים על התהליך הדינמי שלה. ניתן לאמת ביעילות את הדיוק של המודל הבנוי באמצעות שיטת השילוב עם הניסוי, וניתן לספק הצעות לתיקון כדי לבסס את המודל הנכון; במקביל, ניתן להשוות את התוצאות של השניים על ידי סימולציה ומחקר ניסיוני באותם תנאים ניתוח, כדי להבטיח שהטעויות של סימולציה וניסויים נמצאות בטווח הניתן לשליטה, כך שניתן יהיה לקצר את מחזור המחקר ולהפיק תועלת. ניתן לשפר על בסיס הבטחת יעילות ואיכות. לכן, שיטת המחקר הניסיוני של היום משמשת לעתים קרובות כאמצעי הכרחי כדי להשוות ולאמת את הסימולציה המספרית או תוצאות מחקר תיאורטיות אחרות של מאפיינים דינמיים חשובים של מערכת הידראולית.

2.4 שיטת סימולציה דיגיטלית
ההתקדמות של תורת הבקרה המודרנית ופיתוח טכנולוגיית המחשב הביאו שיטה חדשה לחקר מאפיינים דינמיים של מערכת הידראולית, כלומר שיטת סימולציה דיגיטלית. בשיטה זו נקבע תחילה המודל המתמטי של תהליך המערכת ההידראולית, ומתבטא באמצעות משוואת המצב, ולאחר מכן מתקבל במחשב פתרון תחום הזמן של כל משתנה עיקרי של המערכת בתהליך הדינמי.

שיטת הסימולציה הדיגיטלית מתאימה הן למערכות ליניאריות והן למערכות לא ליניאריות. זה יכול לדמות את השינויים של פרמטרי המערכת תחת פעולת כל פונקציית קלט, ולאחר מכן לקבל הבנה ישירה ומקיפה של התהליך הדינמי של המערכת ההידראולית. ניתן לחזות את הביצועים הדינמיים של המערכת ההידראולית בשלב הראשון, כך שניתן להשוות, לאמת ולשפר את תוצאות התכנון, מה שיכול להבטיח למעשה שלמערכת ההידראולית המעוצבת ביצועי עבודה טובים ואמינות גבוהה. בהשוואה לאמצעים ושיטות אחרות ללימוד ביצועים דינמיים הידראוליים, לטכנולוגיית סימולציה דיגיטלית יש יתרונות של דיוק, אמינות, כושר הסתגלות חזק, מחזור קצר וחיסכון חסכוני. לכן, נעשה שימוש נרחב בשיטת הסימולציה הדיגיטלית בתחום חקר ביצועים דינמיים הידראוליים.

3. כיוון פיתוח של שיטות מחקר למאפיינים דינמיים הידראוליים

באמצעות הניתוח התיאורטי של שיטת הסימולציה הדיגיטלית, בשילוב שיטת המחקר של השוואה ואימות תוצאות הניסוי, היא הפכה לשיטה המרכזית לחקר המאפיינים הדינמיים ההידראוליים. יתרה מזאת, בשל העליונות של טכנולוגיית הסימולציה הדיגיטלית, פיתוח המחקר על מאפיינים דינמיים הידראוליים ישתלב באופן הדוק עם פיתוח טכנולוגיית הדמיה דיגיטלית. לימוד מעמיק של תיאוריית המידול והאלגוריתמים הנלווים של המערכת ההידראולית, ופיתוח תוכנת הדמיית מערכת הידראולית שקל לדגמן, כך שטכנאים הידראוליים יוכלו להקדיש יותר אנרגיה למחקר של העבודה החיונית של המערכת ההידראולית. הפיתוח של תחום חקר מאפיינים דינמיים הידראוליים. אחד הכיוונים.

בנוסף, לאור המורכבות של ההרכב של מערכות הידראוליות מודרניות, בעיות מכניות, חשמליות ואפילו פנאומטיות מעורבות לעתים קרובות בחקר המאפיינים הדינמיים שלהן. ניתן לראות שהניתוח הדינמי של המערכת ההידראולית הוא לעיתים ניתוח מקיף של בעיות כמו הידראוליקה אלקטרו-מכאנית. לכן, הפיתוח של תוכנת סימולציה הידראולית אוניברסלית, בשילוב עם היתרונות המתאימים של תוכנת סימולציה בתחומי מחקר שונים, להשגת הדמיית משותף רב-ממדית של מערכות הידראוליות הפך לכיוון הפיתוח העיקרי של שיטת המחקר הנוכחית של מאפיינים דינמיים הידראוליים.

עם שיפור דרישות הביצועים של מערכת הידראולית מודרנית, המערכת ההידראולית המסורתית להשלמת מחזור הפעולה שנקבע מראש של המפעיל ולעמוד בדרישות הביצועים הסטטיים של המערכת אינה יכולה עוד לעמוד בדרישות, ולכן הכרחי ללמוד את המאפיינים הדינמיים של המערכת ההידראולית.

על בסיס הסבר המהות של המחקר על המאפיינים הדינמיים של המערכת ההידראולית, מאמר זה מציג בפירוט ארבע שיטות עיקריות לחקר המאפיינים הדינמיים של המערכת ההידראולית, לרבות שיטת ניתוח הפונקציות, שיטת הסימולציה, המחקר הניסיוני. השיטה ושיטת הסימולציה הדיגיטלית, ויתרונותיהן וחסרונותיהן. מציינים כי פיתוח תוכנת הדמיית מערכת הידראולית שקל למודל והדמייה משותפת של תוכנת הדמיית ריבוי תחומים הם כיווני הפיתוח העיקריים של שיטת המחקר של מאפיינים דינמיים הידראוליים בעתיד.