Với sự phát triển và tiến trình liên tục của công nghệ thủy lực, các trường ứng dụng của nó ngày càng trở nên rộng lớn hơn. Hệ thống thủy lực được sử dụng để hoàn thành các chức năng truyền và điều khiển đang ngày càng trở nên phức tạp hơn và các yêu cầu cao hơn được đưa ra cho sự linh hoạt của hệ thống và các hiệu suất khác nhau. Tất cả những điều này đã mang lại các yêu cầu chính xác và sâu sắc hơn cho việc thiết kế và sản xuất các hệ thống thủy lực hiện đại. Không thể đáp ứng các yêu cầu trên chỉ bằng cách sử dụng hệ thống truyền thống để hoàn thành chu kỳ hành động được xác định trước của bộ truyền động và đáp ứng các yêu cầu hiệu suất tĩnh của hệ thống.
Do đó, đối với các nhà nghiên cứu tham gia vào việc thiết kế các hệ thống thủy lực hiện đại, rất cần thiết phải nghiên cứu các đặc tính động của hệ thống truyền và điều khiển thủy lực, hiểu và làm chủ các đặc điểm và tham số động trong quá trình làm việc của hệ thống thủy lực, để cải thiện và hoàn thiện hệ thống thủy lực. .
1. Bản chất của các đặc tính động của hệ thống thủy lực
Các đặc tính động của hệ thống thủy lực về cơ bản là các đặc điểm mà hệ thống thủy lực thể hiện trong quá trình mất trạng thái cân bằng ban đầu và đạt trạng thái cân bằng mới. Hơn nữa, có hai lý do chính để phá vỡ trạng thái cân bằng ban đầu của hệ thống thủy lực và kích hoạt quá trình động của nó: một là do sự thay đổi quá trình của hệ thống truyền hoặc điều khiển; cái khác được gây ra bởi sự can thiệp bên ngoài. Trong quy trình động này, mỗi biến tham số trong hệ thống thủy lực thay đổi theo thời gian và hiệu suất của quá trình thay đổi này xác định chất lượng của các đặc tính động của hệ thống.
2. Phương pháp nghiên cứu các đặc tính động lực thủy lực
Các phương pháp chính để nghiên cứu các đặc tính động của hệ thống thủy lực là phương pháp phân tích chức năng, phương pháp mô phỏng, phương pháp nghiên cứu thử nghiệm và phương pháp mô phỏng kỹ thuật số.
2.1 Phương pháp phân tích chức năng
Phân tích chức năng chuyển giao là một phương pháp nghiên cứu dựa trên lý thuyết kiểm soát cổ điển. Phân tích các đặc tính động của các hệ thống thủy lực với lý thuyết điều khiển cổ điển thường được giới hạn ở các hệ thống tuyến tính đầu vào và đầu ra đơn. Nói chung, mô hình toán học của hệ thống được thiết lập đầu tiên và dạng gia tăng của nó được viết, và sau đó biến đổi Laplace được thực hiện, do đó, chức năng truyền của hệ thống được lấy, và sau đó chức năng truyền của hệ thống được chuyển đổi thành biểu diễn sơ đồ Bode dễ phân tích trực quan. Cuối cùng, các đặc điểm phản hồi được phân tích thông qua đường cong tần số pha và đường cong tần số biên độ trong sơ đồ Bode. Khi gặp các vấn đề phi tuyến, các yếu tố phi tuyến của nó thường bị bỏ qua hoặc đơn giản hóa thành một hệ thống tuyến tính. Trên thực tế, các hệ thống thủy lực thường có các yếu tố phi tuyến phức tạp, do đó có các lỗi phân tích lớn trong việc phân tích các đặc tính động của các hệ thống thủy lực với phương pháp này. Ngoài ra, phương pháp phân tích chức năng chuyển giao đối tượng nghiên cứu là một hộp đen, chỉ tập trung vào đầu vào và đầu ra của hệ thống và không thảo luận về trạng thái bên trong của đối tượng nghiên cứu.
Phương pháp phân tích không gian trạng thái là viết mô hình toán học của quá trình động của hệ thống thủy lực được nghiên cứu như một phương trình trạng thái, là một hệ phương trình vi phân bậc nhất, đại diện cho đạo hàm bậc nhất của mỗi biến trạng thái trong hệ thống thủy lực. Một hàm của một số biến trạng thái và biến đầu vào khác; Mối quan hệ chức năng này có thể là tuyến tính hoặc phi tuyến. Để viết một mô hình toán học của quá trình động của hệ thống thủy lực dưới dạng phương trình trạng thái, phương pháp thường được sử dụng là sử dụng hàm truyền để lấy phương trình hàm trạng thái hoặc sử dụng phương trình vi phân bậc cao hơn để lấy phương trình trạng thái và sơ đồ liên kết công suất cũng có thể được sử dụng để liệt kê phương trình trạng thái. Phương pháp phân tích này chú ý đến những thay đổi nội bộ của hệ thống được nghiên cứu và có thể giải quyết các vấn đề đa đầu vào và đa đầu ra, giúp cải thiện đáng kể các thiếu sót của phương pháp phân tích chức năng chuyển giao.
Phương pháp phân tích chức năng bao gồm phương pháp phân tích chức năng chuyển giao và phương pháp phân tích không gian trạng thái là cơ sở toán học để mọi người hiểu và phân tích các đặc tính động bên trong của hệ thống thủy lực. Phương pháp hàm mô tả được sử dụng để phân tích, do đó các lỗi phân tích chắc chắn xảy ra và nó thường được sử dụng trong phân tích các hệ thống đơn giản.
2.2 Phương pháp mô phỏng
Trong thời đại mà công nghệ máy tính chưa phổ biến, sử dụng máy tính tương tự hoặc mạch tương tự để mô phỏng và phân tích các đặc tính động của hệ thống thủy lực cũng là một phương pháp nghiên cứu thực tế và hiệu quả. Máy tính tương tự được sinh ra trước máy tính kỹ thuật số và nguyên tắc của nó là nghiên cứu các đặc điểm của hệ thống tương tự dựa trên sự giống nhau trong mô tả toán học về các định luật thay đổi của các đại lượng vật lý khác nhau. Biến bên trong của nó là một biến điện áp thay đổi liên tục và hoạt động của biến dựa trên mối quan hệ hoạt động tương tự của các đặc tính điện của điện áp, dòng điện và các thành phần trong mạch.
Các máy tính tương tự đặc biệt phù hợp để giải các phương trình vi phân thông thường, vì vậy chúng còn được gọi là máy phân tích vi sai tương tự. Hầu hết các quá trình động của các hệ thống vật lý bao gồm các hệ thống thủy lực được thể hiện dưới dạng toán học của các phương trình vi phân, vì vậy các máy tính tương tự rất phù hợp cho nghiên cứu mô phỏng của các hệ thống động.
Khi phương pháp mô phỏng đang hoạt động, các thành phần điện toán khác nhau được kết nối theo mô hình toán học của hệ thống và các tính toán được thực hiện song song. Điện áp đầu ra của mỗi thành phần điện toán biểu thị các biến tương ứng trong hệ thống. Ưu điểm của mối quan hệ. Tuy nhiên, mục đích chính của phương pháp phân tích này là cung cấp một mô hình điện tử có thể được sử dụng cho nghiên cứu thực nghiệm, thay vì có được phân tích chính xác các vấn đề toán học, do đó, nó có nhược điểm nghiêm trọng về độ chính xác tính toán thấp; Ngoài ra, mạch tương tự của nó thường phức tạp về cấu trúc, chống lại khả năng can thiệp vào thế giới bên ngoài là vô cùng kém.
2.3 Phương pháp nghiên cứu thử nghiệm
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm là một phương pháp nghiên cứu không thể thiếu để phân tích các đặc tính động của hệ thống thủy lực, đặc biệt là khi không có phương pháp nghiên cứu lý thuyết thực tế như mô phỏng kỹ thuật số trong quá khứ, nó chỉ có thể được phân tích bằng các phương pháp thử nghiệm. Thông qua nghiên cứu thử nghiệm, chúng ta có thể hiểu trực giác và thực sự hiểu các đặc tính động của hệ thống thủy lực và những thay đổi của các tham số liên quan, nhưng việc phân tích hệ thống thủy lực thông qua các thí nghiệm có nhược điểm của thời gian dài và chi phí cao.
Ngoài ra, đối với hệ thống thủy lực phức tạp, ngay cả các kỹ sư có kinh nghiệm cũng không hoàn toàn chắc chắn về mô hình toán học chính xác của nó, do đó không thể tiến hành phân tích và nghiên cứu chính xác về quá trình động của nó. Độ chính xác của mô hình được xây dựng có thể được xác minh một cách hiệu quả thông qua phương pháp kết hợp với thử nghiệm và các đề xuất sửa đổi có thể được cung cấp để thiết lập mô hình chính xác; Đồng thời, kết quả của cả hai có thể được so sánh bằng cách mô phỏng và nghiên cứu thử nghiệm theo cùng một phân tích điều kiện, để đảm bảo rằng các lỗi mô phỏng và thí nghiệm nằm trong phạm vi có thể kiểm soát được, do đó chu kỳ nghiên cứu có thể được rút ngắn và lợi ích có thể được cải thiện trên cơ sở đảm bảo hiệu quả và chất lượng. Do đó, phương pháp nghiên cứu thử nghiệm ngày nay thường được sử dụng như một phương tiện cần thiết để so sánh và xác minh mô phỏng số hoặc kết quả nghiên cứu lý thuyết khác của các đặc tính động của hệ thống thủy lực quan trọng.
2.4 Phương pháp mô phỏng kỹ thuật số
Tiến trình của lý thuyết kiểm soát hiện đại và sự phát triển của công nghệ máy tính đã mang lại một phương pháp mới cho nghiên cứu các đặc điểm động của hệ thống thủy lực, nghĩa là phương pháp mô phỏng kỹ thuật số. Trong phương pháp này, mô hình toán học của quá trình hệ thống thủy lực được thiết lập trước tiên và được biểu thị bằng phương trình trạng thái, và sau đó giải pháp miền thời gian của từng biến chính của hệ thống trong quá trình động được lấy trên máy tính.
Phương pháp mô phỏng kỹ thuật số phù hợp cho cả hệ thống tuyến tính và hệ thống phi tuyến. Nó có thể mô phỏng những thay đổi của các tham số hệ thống theo tác động của bất kỳ chức năng đầu vào nào, sau đó có được sự hiểu biết trực tiếp và toàn diện về quá trình động của hệ thống thủy lực. Hiệu suất động của hệ thống thủy lực có thể được dự đoán ở giai đoạn đầu tiên, do đó kết quả thiết kế có thể được so sánh, xác minh và cải thiện theo thời gian, điều này có thể đảm bảo hiệu quả rằng hệ thống thủy lực được thiết kế có hiệu suất làm việc tốt và độ tin cậy cao. So với các phương tiện và phương pháp nghiên cứu hiệu suất động lực thủy lực khác, công nghệ mô phỏng kỹ thuật số có lợi thế về độ chính xác, độ tin cậy, khả năng thích ứng mạnh mẽ, chu kỳ ngắn và tiết kiệm tiết kiệm. Do đó, phương pháp mô phỏng kỹ thuật số đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực nghiên cứu hiệu suất động lực thủy lực.
3. Hướng phát triển của phương pháp nghiên cứu cho các đặc tính động lực thủy lực
Thông qua phân tích lý thuyết của phương pháp mô phỏng kỹ thuật số, kết hợp với phương pháp nghiên cứu so sánh và xác minh kết quả thử nghiệm, nó đã trở thành phương pháp chính để nghiên cứu các đặc tính động lực thủy lực. Hơn nữa, do sự vượt trội của công nghệ mô phỏng kỹ thuật số, việc phát triển nghiên cứu về các đặc tính động lực thủy lực sẽ được tích hợp chặt chẽ với sự phát triển của công nghệ mô phỏng kỹ thuật số. Nghiên cứu chuyên sâu về lý thuyết mô hình và các thuật toán liên quan của hệ thống thủy lực và sự phát triển của phần mềm mô phỏng hệ thống thủy lực rất dễ mô hình, do đó các kỹ thuật viên thủy lực có thể dành nhiều năng lượng hơn cho nghiên cứu công trình thiết yếu của hệ thống thủy lực là sự phát triển của lĩnh vực nghiên cứu động lực thủy lực. một trong những hướng dẫn.
Ngoài ra, theo quan điểm về sự phức tạp của thành phần của các hệ thống thủy lực hiện đại, các vấn đề về cơ học, điện và thậm chí là khí nén thường liên quan đến việc nghiên cứu các đặc điểm năng động của chúng. Có thể thấy rằng phân tích động của hệ thống thủy lực đôi khi là một phân tích toàn diện về các vấn đề như thủy lực cơ điện. Do đó, sự phát triển của phần mềm mô phỏng thủy lực phổ quát, kết hợp với các lợi thế tương ứng của phần mềm mô phỏng trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau, để đạt được mô phỏng chung đa chiều của các hệ thống thủy lực đã trở thành hướng phát triển chính của phương pháp nghiên cứu đặc tính động lực thủy lực hiện tại.
Với sự cải thiện các yêu cầu về hiệu suất của hệ thống thủy lực hiện đại, hệ thống thủy lực truyền thống để hoàn thành chu kỳ hành động được xác định trước của bộ truyền động và đáp ứng các yêu cầu hiệu suất tĩnh của hệ thống không còn đáp ứng các yêu cầu, do đó, bắt buộc phải nghiên cứu các đặc tính động của hệ thống thủy lực.
Trên cơ sở giải thích bản chất của nghiên cứu về các đặc tính động của hệ thống thủy lực, bài viết này giới thiệu chi tiết bốn phương pháp chính để nghiên cứu các đặc tính động của hệ thống thủy lực, bao gồm phương pháp phân tích chức năng, phương pháp mô phỏng, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và phương pháp mô phỏng kỹ thuật số, và lợi thế của chúng. Người ta chỉ ra rằng sự phát triển của phần mềm mô phỏng hệ thống thủy lực dễ dàng mô hình và mô phỏng chung phần mềm mô phỏng đa miền là các hướng phát triển chính của phương pháp nghiên cứu về các đặc tính động lực thủy lực trong tương lai.
Thời gian đăng: Tháng 1-17-2023