Método de Pesquisa de Características Dinâmicas de Sistema Hidráulico

Com o contínuo desenvolvimento e progresso da tecnologia hidráulica, seus campos de aplicação estão se tornando cada vez mais extensos. O sistema hidráulico utilizado para completar as funções de transmissão e controle está se tornando cada vez mais complexo, e requisitos mais elevados são apresentados para a flexibilidade do sistema e vários desempenhos. Tudo isso trouxe requisitos mais precisos e profundos para o projeto e fabricação de sistemas hidráulicos modernos. Está longe de ser capaz de atender aos requisitos acima apenas usando o sistema tradicional para completar o ciclo de ação predeterminado do atuador e atender aos requisitos de desempenho estático do sistema.

Portanto, para pesquisadores envolvidos no projeto de sistemas hidráulicos modernos, é muito necessário estudar as características dinâmicas dos sistemas hidráulicos de transmissão e controle, compreender e dominar as características dinâmicas e mudanças de parâmetros no processo de trabalho do sistema hidráulico, de modo a melhorar e aperfeiçoar ainda mais o sistema hidráulico. .

1. A essência das características dinâmicas do sistema hidráulico

As características dinâmicas do sistema hidráulico são essencialmente as características que o sistema hidráulico apresenta durante o processo de perda do seu estado de equilíbrio original e de alcance de um novo estado de equilíbrio. Além disso, existem duas razões principais para quebrar o estado de equilíbrio original do sistema hidráulico e desencadear o seu processo dinâmico: uma é causada pela mudança de processo do sistema de transmissão ou controle; o outro é causado por interferência externa. Neste processo dinâmico, cada variável de parâmetro no sistema hidráulico muda com o tempo, e o desempenho deste processo de mudança determina a qualidade das características dinâmicas do sistema.

2. Método de pesquisa de características dinâmicas hidráulicas

Os principais métodos para estudar as características dinâmicas dos sistemas hidráulicos são o método de análise funcional, o método de simulação, o método de pesquisa experimental e o método de simulação digital.

2.1 Método de análise de função
A análise da função de transferência é um método de pesquisa baseado na teoria clássica de controle. A análise das características dinâmicas de sistemas hidráulicos com a teoria de controle clássica é geralmente limitada a sistemas lineares de entrada e saída única. Geralmente, o modelo matemático do sistema é estabelecido primeiro, e sua forma incremental é escrita, e então a transformada de Laplace é realizada, de modo que a função de transferência do sistema é obtida, e então a função de transferência do sistema é convertida em um Bode representação de diagrama que é fácil de analisar intuitivamente. Por fim, as características de resposta são analisadas através da curva fase-frequência e da curva amplitude-frequência no diagrama de Bode. Ao encontrar problemas não lineares, seus fatores não lineares são frequentemente ignorados ou simplificados em um sistema linear. Na verdade, os sistemas hidráulicos geralmente possuem fatores não lineares complexos, portanto, há grandes erros de análise na análise das características dinâmicas dos sistemas hidráulicos com este método. Além disso, o método de análise da função de transferência trata o objeto de pesquisa como uma caixa preta, concentra-se apenas nas entradas e saídas do sistema e não discute o estado interno do objeto de pesquisa.

O método de análise do espaço de estados consiste em escrever o modelo matemático do processo dinâmico do sistema hidráulico em estudo como uma equação de estado, que é um sistema de equações diferenciais de primeira ordem, que representa a derivada de primeira ordem de cada variável de estado no sistema hidráulico. sistema. Uma função de diversas outras variáveis ​​de estado e variáveis ​​de entrada; esta relação funcional pode ser linear ou não linear. Para escrever um modelo matemático do processo dinâmico de um sistema hidráulico na forma de uma equação de estado, o método comumente usado é usar a função de transferência para derivar a equação da função de estado ou usar a equação diferencial de ordem superior para derivar o equação de estado, e o diagrama de ligação de potência também pode ser usado para listar a equação de estado. Este método de análise presta atenção às mudanças internas do sistema pesquisado e pode lidar com problemas de múltiplas entradas e múltiplas saídas, o que melhora muito as deficiências do método de análise da função de transferência.

O método de análise de função, incluindo o método de análise de função de transferência e o método de análise de espaço de estados, é a base matemática para as pessoas compreenderem e analisarem as características dinâmicas internas do sistema hidráulico. O método da função de descrição é usado para análise, portanto, erros de análise ocorrem inevitavelmente e é frequentemente usado na análise de sistemas simples.

2.2 Método de simulação
Na época em que a tecnologia informática ainda não era popular, o uso de computadores analógicos ou circuitos analógicos para simular e analisar as características dinâmicas dos sistemas hidráulicos também era um método de pesquisa prático e eficaz. O computador analógico nasceu antes do computador digital e seu princípio é estudar as características do sistema analógico com base na semelhança na descrição matemática das mudanças nas leis de diferentes quantidades físicas. Sua variável interna é uma variável de tensão em constante mudança, e a operação da variável é baseada na relação de operação semelhante das características elétricas da tensão, corrente e componentes do circuito.

Os computadores analógicos são especialmente adequados para resolver equações diferenciais ordinárias, por isso também são chamados de analisadores diferenciais analógicos. A maioria dos processos dinâmicos de sistemas físicos, incluindo sistemas hidráulicos, são expressos na forma matemática de equações diferenciais, portanto os computadores analógicos são muito adequados para a pesquisa de simulação de sistemas dinâmicos.

Quando o método de simulação funciona, vários componentes computacionais são conectados de acordo com o modelo matemático do sistema e os cálculos são realizados em paralelo. As tensões de saída de cada componente de computação representam as variáveis ​​correspondentes no sistema. Vantagens do relacionamento. No entanto, o principal objetivo deste método de análise é fornecer um modelo eletrônico que possa ser utilizado para pesquisas experimentais, ao invés de obter uma análise precisa de problemas matemáticos, por isso tem a desvantagem fatal de baixa precisão de cálculo; além disso, seu circuito analógico costuma ser de estrutura complexa, resistente a interferências no mundo exterior e extremamente pobre.

2.3 Método de pesquisa experimental
O método de pesquisa experimental é um método de pesquisa indispensável para analisar as características dinâmicas do sistema hidráulico, principalmente quando não existia um método prático de pesquisa teórica como a simulação digital no passado, só pode ser analisado por métodos experimentais. Através da pesquisa experimental, podemos compreender de forma intuitiva e verdadeira as características dinâmicas do sistema hidráulico e as alterações dos parâmetros relacionados, mas a análise do sistema hidráulico através de experimentos tem as desvantagens de longo prazo e alto custo.

Além disso, para o sistema hidráulico complexo, mesmo engenheiros experientes não têm plena certeza de sua modelagem matemática precisa, por isso é impossível realizar análises e pesquisas corretas sobre seu processo dinâmico. A precisão do modelo construído pode ser efetivamente verificada através do método de combinação com o experimento, e sugestões de revisão podem ser fornecidas para estabelecer o modelo correto; ao mesmo tempo, os resultados dos dois podem ser comparados por simulação e pesquisa experimental nas mesmas condições Análise, para garantir que os erros de simulação e experimentos estejam dentro da faixa controlável, para que o ciclo de pesquisa possa ser encurtado e os benefícios pode ser melhorado com base na garantia de eficiência e qualidade. Portanto, o método de pesquisa experimental de hoje é frequentemente usado como um meio necessário para comparar e verificar a simulação numérica ou outros resultados de pesquisa teórica de importantes características dinâmicas do sistema hidráulico.

2.4 Método de simulação digital
O progresso da moderna teoria de controle e o desenvolvimento da tecnologia computacional trouxeram um novo método para o estudo das características dinâmicas do sistema hidráulico, ou seja, o método de simulação digital. Neste método, o modelo matemático do processo do sistema hidráulico é estabelecido primeiro, e expresso pela equação de estado, e então a solução no domínio do tempo de cada variável principal do sistema no processo dinâmico é obtida no computador.

O método de simulação digital é adequado tanto para sistemas lineares quanto para sistemas não lineares. Ele pode simular as alterações nos parâmetros do sistema sob a ação de qualquer função de entrada e, então, obter uma compreensão direta e abrangente do processo dinâmico do sistema hidráulico. O desempenho dinâmico do sistema hidráulico pode ser previsto na primeira fase, para que os resultados do projeto possam ser comparados, verificados e melhorados ao longo do tempo, o que pode efetivamente garantir que o sistema hidráulico projetado tenha bom desempenho de trabalho e alta confiabilidade. Em comparação com outros meios e métodos de estudo do desempenho dinâmico hidráulico, a tecnologia de simulação digital tem as vantagens de precisão, confiabilidade, forte adaptabilidade, ciclo curto e economia econômica. Portanto, o método de simulação digital tem sido amplamente utilizado no campo da pesquisa de desempenho dinâmico hidráulico.

3. Direção de desenvolvimento de métodos de pesquisa para características dinâmicas hidráulicas

Através da análise teórica do método de simulação digital, combinada com o método de pesquisa de comparação e verificação dos resultados experimentais, tornou-se o método convencional para estudar as características dinâmicas hidráulicas. Além disso, devido à superioridade da tecnologia de simulação digital, o desenvolvimento da investigação sobre características dinâmicas hidráulicas será estreitamente integrado com o desenvolvimento da tecnologia de simulação digital. O estudo aprofundado da teoria de modelagem e algoritmos relacionados do sistema hidráulico, e o desenvolvimento de software de simulação de sistema hidráulico que seja fácil de modelar, para que os técnicos hidráulicos possam dedicar mais energia à pesquisa do trabalho essencial do sistema hidráulico é o desenvolvimento do campo de pesquisa de características dinâmicas hidráulicas. uma das direções.

Além disso, tendo em vista a complexidade da composição dos sistemas hidráulicos modernos, questões mecânicas, elétricas e até mesmo pneumáticas estão frequentemente envolvidas no estudo de suas características dinâmicas. Pode-se observar que a análise dinâmica do sistema hidráulico às vezes é uma análise abrangente de problemas como a hidráulica eletromecânica. Portanto, o desenvolvimento de software de simulação hidráulica universal, combinado com as respectivas vantagens do software de simulação em diferentes campos de pesquisa, para obter simulação conjunta multidimensional de sistemas hidráulicos tornou-se a principal direção de desenvolvimento do atual método de pesquisa de características dinâmicas hidráulicas.

Com a melhoria dos requisitos de desempenho do sistema hidráulico moderno, o sistema hidráulico tradicional para completar o ciclo de ação predeterminado do atuador e atender aos requisitos de desempenho estático do sistema não pode mais atender aos requisitos, por isso é imperativo estudar as características dinâmicas de o sistema hidráulico.

Com base na exposição da essência da pesquisa sobre as características dinâmicas do sistema hidráulico, este artigo apresenta detalhadamente quatro métodos principais de estudo das características dinâmicas do sistema hidráulico, incluindo o método de análise de função, o método de simulação, a pesquisa experimental método e o método de simulação digital, e suas vantagens e desvantagens. Ressalta-se que o desenvolvimento de software de simulação de sistema hidráulico que seja fácil de modelar e a simulação conjunta de software de simulação multidomínio são as principais direções de desenvolvimento do método de pesquisa de características dinâmicas hidráulicas no futuro.