油圧システムの動的特性の研究方法

油圧技術の継続的な開発と進歩により、その応用分野はますます広範囲になりつつあります。送信および制御機能の完了に使用される油圧システムはますます複雑になりつつあり、システムの柔軟性とさまざまなパフォーマンスのために、より高い要件が提案されています。これらはすべて、近代的な油圧システムの設計と製造により、より正確でより深い要件をもたらしました。従来のシステムを使用してアクチュエーターの所定のアクションサイクルを完了し、システムの静的なパフォーマンス要件を満たすことによってのみ、上記の要件を満たすことはできません。

したがって、現代の油圧システムの設計に従事している研究者にとって、油圧伝達と制御システムの動的特性を研究し、水力システムの作業プロセスの動的特性とパラメーターの変化を理解し、習得し、油圧システムをさらに改善し、完成させることが非常に必要です。 。

1。油圧システムの動的特性の本質

油圧システムの動的特性は、本質的に、元の平衡状態を失い、新しい平衡状態に到達するプロセス中に油圧システムが示す特性です。さらに、油圧システムの元の平衡状態を破壊し、その動的プロセスをトリガーする主な理由は2つあります。1つは、送信または制御システムのプロセスの変更によって引き起こされます。もう1つは、外部干渉によって引き起こされます。この動的プロセスでは、油圧システムの各パラメーター変数は時間とともに変化し、この変更プロセスのパフォーマンスにより、システムの動的特性の品質が決まります。

2。油圧動的特性の研究方法

油圧システムの動的特性を研究する主な方法は、関数分析方法、シミュレーション方法、実験的研究方法、デジタルシミュレーション方法です。

2.1関数分析方法
転送関数分析は、古典的な制御理論に基づく研究方法です。古典的な制御理論を使用した油圧システムの動的特性の分析は、通常、単一入力および単一出力線形システムに限定されます。一般に、システムの数学モデルが最初に確立され、その増分形式が記述され、ラプラス変換が実行され、システムの転送関数が取得され、システムの転送関数が直感的に分析しやすいボード図表現に変換されます。最後に、応答特性は、ボード図の位相周波数曲線と振幅周波数曲線を介して分析されます。非線形の問題に遭遇すると、その非線形因子はしばしば線形システムに無視されるか、単純化されます。実際、油圧システムには複雑な非線形因子があることが多いため、この方法で油圧システムの動的特性を分析する際には、大きな分析エラーがあります。さらに、転送関数分析方法は、研究オブジェクトをブラックボックスとして扱い、システムの入力と出力にのみ焦点を当て、研究オブジェクトの内部状態については説明しません。

状態空間分析方法は、調査中の水力システムの動的プロセスの数学モデルを状態方程式として記述することです。これは、油圧システムの各状態変数の1次導関数を表す1次微分方程式システムです。他のいくつかの状態変数と入力変数の関数。この機能的関係は、線形または非線形にすることができます。油圧システムの動的プロセスの数学的モデルを状態の方程式の形式で記述するために、一般的に使用される方法は、転送関数を使用して状態関数方程式を導出するか、高次微分方程式を使用して状態方程式を導出することです。この分析方法は、研究されたシステムの内部変化に注意を払っており、マルチインプットおよびマルチアウトプットの問題に対処でき、転送関数分析方法の欠点が大幅に改善されます。

伝達関数分析法と状態空間分析方法を含む関数分析方法は、油圧システムの内部動的特性を理解して分析するための数学的基礎です。説明関数メソッドは分析に使用されるため、分析エラーが必然的に発生し、単純なシステムの分析でよく使用されます。

2.2シミュレーション方法
コンピューターテクノロジーがまだ人気がなかった時代には、アナログコンピューターまたはアナログ回路を使用して油圧システムの動的特性をシミュレートして分析することも実用的で効果的な研究方法でした。アナログコンピューターはデジタルコンピューターの前に生まれました。その原則は、異なる物理量の変化する法則の数学的記述の類似性に基づいて、アナログシステムの特性を研究することです。その内部変数は連続的に変化する電圧変数であり、変数の動作は、回路内の電圧、電流、およびコンポーネントの電気特性の同様の動作関係に基づいています。

アナログコンピューターは、通常の微分方程式を解くのに特に適しているため、アナログ差動分析器とも呼ばれます。油圧システムを含む物理システムの動的プロセスのほとんどは、微分方程式の数学的形式で表されるため、アナログコンピューターは動的システムのシミュレーション研究に非常に適しています。

シミュレーション方法が機能している場合、システムの数学モデルに従ってさまざまなコンピューティングコンポーネントが接続され、計算は並行して実行されます。各コンピューティングコンポーネントの出力電圧は、システム内の対応する変数を表します。関係の利点。ただし、この分析方法の主な目的は、数学的問題の正確な分析を取得するのではなく、実験的研究に使用できる電子モデルを提供することです。したがって、低い計算精度の致命的な欠点があります。さらに、そのアナログ回路はしばしば構造が複雑であり、外の世界に干渉する能力に耐性があります。

2.3実験的研究方法
実験的研究方法は、特に過去のデジタルシミュレーションなどの実用的な理論的研究方法がない場合、実験方法でのみ分析できます。実験的研究を通じて、油圧システムの動的特性と関連するパラメーターの変化を直感的かつ真に理解することができますが、実験による油圧システムの分析には、長期間と高コストの欠点があります。

さらに、複雑な油圧システムの場合、経験豊富なエンジニアでさえ、その正確な数学モデリングを完全に確信していないため、動的プロセスに関する正しい分析と研究を実施することは不可能です。構築されたモデルの精度は、実験と組み合わせる方法を通じて効果的に検証でき、修正の提案を提供して正しいモデルを確立できます。同時に、2つの結果を同じ条件分析でのシミュレーションと実験的研究で比較して、シミュレーションと実験のエラーが制御可能な範囲内にあることを確認し、研究サイクルを短縮し、効率と品質を確保するために利点を改善できるようにします。したがって、今日の実験的研究方法は、重要な油圧システムの動的特性の数値シミュレーションまたはその他の理論的研究結果を比較および検証するために必要な手段としてよく使用されます。

2.4デジタルシミュレーション方法
最新の制御理論の進歩とコンピューター技術の開発により、油圧システムの動的特性、つまりデジタルシミュレーション方法の研究のための新しい方法がもたらされました。この方法では、油圧システムプロセスの数学モデルが最初に確立され、状態方程式によって表され、次に動的プロセスのシステムの各メイン変数の時間領域解がコンピューターで取得されます。

デジタルシミュレーション法は、線形システムと非線形システムの両方に適しています。入力関数のアクション下でのシステムパラメーターの変更をシミュレートし、油圧システムの動的プロセスの直接的な包括的な理解を取得できます。油圧システムの動的パフォーマンスは、最初の段階で予測できるため、設計結果を比較、検証、改善することができます。油圧ダイナミックパフォーマンスを研究する他の手段や方法と比較して、デジタルシミュレーションテクノロジーには、精度、信頼性、強力な適応性、短いサイクル、経済的節約の利点があります。したがって、デジタルシミュレーション法は、油圧動力性パフォーマンス研究の分野で広く使用されています。

3。油圧動的特性のための研究方法の開発方向

実験結果を比較および検証する研究方法と組み合わせたデジタルシミュレーション法の理論分析を通じて、油圧動的特性を研究するための主流の方法になりました。さらに、デジタルシミュレーションテクノロジーの優位性により、油圧動力特性に関する研究の開発は、デジタルシミュレーションテクノロジーの開発と密接に統合されます。油圧システムのモデリング理論と関連するアルゴリズムの詳細な研究、およびモデル化が容易な油圧システムシミュレーションソフトウェアの開発により、水力技術者が水圧システムの本質的な仕事の研究により多くのエネルギーを捧げることが、油圧動的特性研究の分野の開発です。方向の1つ。

さらに、現代の油圧システムの組成の複雑さを考慮して、機械的、電気的、さらには空気圧の問題がしばしばその動的特性の研究に関与しています。油圧システムの動的分析は、電気機械的油圧などの問題の包括的な分析であることがあることがわかります。したがって、さまざまな研究分野でのシミュレーションソフトウェアのそれぞれの利点と組み合わせたユニバーサル油圧シミュレーションソフトウェアの開発は、油圧システムの多次元共同シミュレーションを実現することが、現在の油圧動力特性研究方法の主要な開発方向になりました。

現代の油圧システムのパフォーマンス要件の改善により、アクチュエータの所定のアクションサイクルを完了し、システムの静的パフォーマンス要件を満たすための従来の油圧システムは、要件を満たすことができなくなるため、油圧システムの動的特性を研究することが不可欠です。

油圧システムの動的特性に関する研究の本質を説明することに基づいて、このホワイトペーパーでは、機能分析方法、シミュレーション方法、実験的研究方法とデジタルシミュレーション方法、その利点と欠点を含む油圧システムの動的特性を研究する4つの主要な方法を詳細に紹介します。モデル化しやすい油圧システムシミュレーションソフトウェアの開発とマルチドメインシミュレーションソフトウェアの共同シミュレーションは、将来の油圧動力特性の研究方法の主要な開発方向であることが指摘されています。