Phương pháp nghiên cứu đặc tính động của hệ thống thủy lực

Với sự phát triển và tiến bộ không ngừng của công nghệ thủy lực, các lĩnh vực ứng dụng của nó ngày càng mở rộng.Hệ thống thủy lực được sử dụng để hoàn thành các chức năng truyền động và điều khiển ngày càng trở nên phức tạp hơn và các yêu cầu cao hơn được đưa ra đối với tính linh hoạt của hệ thống và các hiệu suất khác nhau.Tất cả những điều này đã mang lại những yêu cầu chính xác và sâu sắc hơn cho việc thiết kế và chế tạo các hệ thống thủy lực hiện đại.Việc chỉ sử dụng hệ thống truyền thống để hoàn thành chu trình hoạt động định trước của bộ truyền động và đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất tĩnh của hệ thống còn lâu mới có thể đáp ứng các yêu cầu trên.

Vì vậy, đối với các nhà nghiên cứu thiết kế hệ thống thủy lực hiện đại, việc nghiên cứu các đặc tính động lực học của hệ thống truyền động và điều khiển thủy lực, hiểu và nắm vững các đặc tính động lực học và sự thay đổi các thông số trong quá trình làm việc của hệ thống thủy lực là rất cần thiết để tiếp tục cải tiến và hoàn thiện hệ thống thủy lực..

1. Bản chất của đặc tính động học của hệ thống thủy lực

Các đặc tính động của hệ thống thủy lực về cơ bản là các đặc tính mà hệ thống thủy lực thể hiện trong quá trình mất trạng thái cân bằng ban đầu và đạt đến trạng thái cân bằng mới.Hơn nữa, có hai nguyên nhân chính dẫn đến phá vỡ trạng thái cân bằng ban đầu của hệ thống thủy lực và kích hoạt quá trình động học của nó: một là do sự thay đổi quy trình của hệ thống truyền động hoặc hệ thống điều khiển;cái còn lại là do sự can thiệp từ bên ngoài.Trong quá 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 quyết định chất lượng của các đặc tính động của hệ thống.

2. Phương pháp nghiên cứu đặc tính động lực thủy lực

Các phương pháp chính để nghiên cứu đặc tính động của hệ thống thủy lực là phương pháp phân tích hàm, phương pháp mô phỏng, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và phương pháp mô phỏng số.

2.1 Phương pháp phân tích chức năng
Phân tích hàm truyền là phương pháp nghiên cứu dựa trên lý thuyết điều khiển cổ điển.Việc phân tích đặc tính động của hệ thống thủy lực bằng lý thuyết điều khiển cổ điển thường chỉ giới hạn ở các hệ thống tuyến tính một đầu vào và một đầu ra.Nói chung, mô hình toán học của hệ thống được thiết lập trước tiên và dạng tăng dần của nó được viết, sau đó biến đổi Laplace được thực hiện để thu được hàm truyền của hệ thống và sau đó hàm truyền của hệ thống được chuyển đổi thành Bode biểu diễn sơ đồ dễ phân tích bằng trực quan.Cuối cùng, đặc tính đáp ứng được phân tích thông qua đường cong tần số pha và đường cong tần số biên độ trong sơ đồ Bode.Khi gặp các bài toán phi tuyến, các hệ số phi tuyến của nó thường bị bỏ qua hoặc đơn giản hóa thành hệ tuyến tính.Trong thực tế, hệ thống thủy lực thường có hệ số phi tuyến phức tạp nên có sai số phân tích lớn khi phân tích đặc tính động học của hệ thống thủy lực bằng phương pháp này.Ngoài ra, phương pháp phân tích hàm truyền coi đối tượng nghiên cứu như 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 lực của hệ thống thủy lực đang nghiên cứu dưới dạng phương trình trạng thái, là hệ phương trình vi phân bậc một, biểu diễn đạo hàm bậc nhất của từng biến trạng thái trong hệ thống thủy lực. hệ thống.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 tính.Để viết mô hình toán học của quá trình động lực học của hệ thống thủy lực dưới dạng phương trình trạng thái, phương pháp thường được sử dụng là sử dụng hàm truyền để suy ra phương trình hàm trạng thái hoặc sử dụng phương trình vi phân bậc cao để suy ra phương trình phương trình trạng thái và biểu 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 bên trong của hệ thống được nghiên cứu và có thể giải quyết các vấn đề đa đầu vào và nhiều đầu ra, giúp cải thiện đáng kể những thiếu sót của phương pháp phân tích hàm truyền.

Phương pháp phân tích hàm bao gồm phương pháp phân tích hàm truyền và phương pháp phân tích không gian trạng thái là cơ sở toán học để con 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 nên khó tránh khỏi xảy ra lỗi phân tích và thường được sử dụng trong phân tích các hệ thống đơn giản.

2.2 Phương pháp mô phỏng
Trong thời đại công nghệ máy tính chưa phổ biến, việc sử dụng máy tính analog hoặc mạch analog để mô phỏng và phân tích đặc tính động lực học của hệ thống thủy lực cũng là một phương pháp nghiên cứu thiết thực và hiệu quả.Máy tính analog ra đời trước máy tính số, nguyên lý của nó là nghiên cứu các đặc tính của hệ thống analog dựa trên sự giống nhau trong mô tả toán học về các quy luật thay đổi của các đại lượng vật lý khác nhau.Biến bên trong của nó là 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.

Máy tính analog đặc biệt thích hợp để giải các phương trình vi phân thông thường nên còn được gọi là máy phân tích vi phân tương tự.Hầu hết các quá trình động học của các hệ vật lý trong đó có hệ thống thủy lực đều được biểu diễn dưới dạng toán học của phương trình vi phân nên máy tính analog rất phù hợp cho việc nghiên cứu mô phỏng các hệ động lực.

Khi phương pháp mô phỏng hoạt động, các thành phần tính toán khác nhau được kết nối theo mô hình toán học của hệ thống và các phép tính được thực hiện song song.Điện áp đầu ra của từng thành phần máy tính đại diện cho 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 sử dụng cho nghiên cứu thực nghiệm, thay vì thu được phân tích chính xác về các vấn đề toán học, do đó nó có nhược điểm nghiêm trọng là độ chính xác tính toán thấp;Ngoài ra, mạch analog của nó thường có cấu trúc phức tạp, khả năng chống nhiễu với thế giới bên ngoài cực kỳ kém.

2.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm là phương pháp nghiên cứu không thể thiếu để phân tích đặc tính động học của hệ thống thủy lực, đặc biệt khi trước đây chưa có phương pháp nghiên cứu lý thuyết thực tiễn như mô phỏng số mà chỉ có thể phân tích bằng phương pháp thực nghiệm.Thông qua nghiên cứu thực nghiệm, chúng ta có thể hiểu được một cách trực quan và thực sự các đặc tính động học của hệ thống thủy lực và sự thay đổi của các thông số liên quan, tuy nhiên việc phân tích hệ thống thủy lực thông qua thực nghiệm có nhược điểm là thời gian dài và chi phí cao.

Ngoài ra, đối với hệ thống thủy lực phức tạp, ngay cả các kỹ sư giàu kinh nghiệm cũng không thể hoàn toàn chắc chắn về mô hình toán học chính xác của nó nên không thể tiến hành phân tích và nghiên cứu chính xác về quá trình động học của nó.Độ chính xác của mô hình xây dựng có thể được kiểm chứng một cách hiệu quả thông qua phương pháp kết hợp với thực nghiệm, đồng thời đưa ra các đề xuất sửa đổi để thiết lập mô hình đúng;đồng thời, kết quả của cả hai có thể được so sánh bằng mô phỏng và nghiên cứu thực nghiệm trong cùng điều kiện Phân tích, để đảm bảo rằng các sai số của mô phỏng và thí nghiệm nằm trong phạm vi có thể kiểm soát được, để có thể rút ngắn chu trình nghiên cứu và mang lại lợi ích có thể được cải thiện trên cơ sở đảm bảo hiệu quả và chất lượng.Vì vậy, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ngày nay thường được sử dụng như một phương tiện cần thiết để so sánh và kiểm chứng mô phỏng số hoặc các kết quả nghiên cứu lý thuyết khác về đặc tính động lực học quan trọng của hệ thống thủy lực.

2.4 Phương pháp mô phỏng số
Sự tiến bộ của lý thuyết điều khiển hiện đại và sự phát triển của công nghệ máy tính đã mang lại một phương pháp mới cho việc nghiên cứu đặc tính động của hệ thống thủy lực, đó là phương pháp mô phỏng 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, sau đó giải pháp miền thời gian của từng biến chính của hệ thống trong quá trình động được thu được trên máy tính.

Phương pháp mô phỏng số phù hợp cho cả hệ thống tuyến tính và hệ thống phi tuyến.Nó có thể mô phỏng sự thay đổi của các tham số hệ thống dưới 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 kịp thời, 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 đặc tính động lực thủy lực khác, công nghệ mô phỏng kỹ thuật số có ưu điểm là độ chính xác, độ tin cậy, khả năng thích ứng mạnh, chu kỳ ngắn và tiết kiệm kinh tế.Vì vậy, phương pháp mô phỏng số đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực nghiên cứu đặc tính động lực thủy lực.

3. Hướng phát triển phương pháp nghiên cứu đặc tính động lực thủy lực

Thông qua phân tích lý thuyết của phương pháp mô phỏng số, kết hợp với phương pháp nghiên cứu so sánh và kiểm chứng kết quả thực nghiệm đã trở thành phương pháp chủ đạo để nghiên cứu các đặc tính động lực thủy lực.Hơn nữa, do tính ưu việt của công nghệ mô phỏng kỹ thuật số, việc phát triển nghiên cứu về 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 hóa và các thuật toán liên quan của hệ thống thủy lực, đồng thời phát triển phần mềm mô phỏng hệ thống thủy lực dễ mô hình hóa để các kỹ thuật viên thủy lực có thể dành nhiều tâm sức hơn cho việc nghiên cứu công việc thiết yếu của hệ thống thủy lực là sự phát triển của lĩnh vực nghiên cứu đặc tính động lực thủy lực.một trong những hướng đi.

Ngoài ra, do tính phức tạp của thành phần hệ thống thủy lực hiện đại, các vấn đề về cơ, điện và thậm chí cả khí nén thường liên quan đến việc nghiên cứu các đặc tính động của chúng.Có thể thấy, phân tích động lực học của hệ thống thủy lực đôi khi là phân tích toàn diện các bài toán như cơ điện thủy lực.Do đó, việc phát triển phần mềm mô phỏng thủy lực phổ quát, kết hợp với những ưu điểm tương ứng của phần mềm mô phỏng trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau, để đạt được mô phỏng khớp đa chiều của hệ thống thủy lực đã trở thành hướng phát triển chính của phương pháp nghiên cứu đặc tính động lực thủy lực hiện nay.

Với việc 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 trình hoạt động định trước của bộ truyền động và đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất tĩnh của hệ thống không còn đáp ứng được yêu cầu, do đó bắt buộc phải nghiên cứu các đặc tính động của hệ thống thủy lực.

Trên cơ sở trình bày nội dung nghiên cứu về đặc tính động của hệ thống thủy lực, bài báo giới thiệu chi tiết 4 phương pháp chính nghiên cứu đặc tính động của hệ thống thủy lực, bao gồm phương pháp phân tích hàm, phương pháp mô phỏng, nghiên cứu thực nghiệm. phương pháp và phương pháp mô phỏng kỹ thuật số, cũng như những ưu điểm và nhược điểm của chúng.Người ta chỉ ra rằng việc phát triển phần mềm mô phỏng hệ thống thủy lực dễ mô hình hóa và mô phỏng chung của phần mềm mô phỏng đa miền là hướng phát triển chính của phương pháp nghiên cứu các đặc tính động lực thủy lực trong tương lai.