油圧システムの動特性の研究方法

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拡大しています。トランスミッションおよび制御機能を完成させるために使用される油圧システムはますます複雑になり、システムの柔軟性とさまざまな性能に対する要求が高まっています。これらすべてが、最新の油圧システムの設計と製造に、より正確でより深い要件をもたらしています。従来のシステムを使用してアクチュエータの所定の動作サイクルを完了し、システムの静的性能要件を満たすだけでは、上記の要件を満たすことはできません。

したがって、最新の油圧システムの設計に従事する研究者にとって、油圧トランスミッションと制御システムの動的特性を研究し、油圧システムの動作プロセスにおける動的特性とパラメータの変化を理解し、習得することが非常に必要です。油圧システムをさらに改良し、完成させます。。

1. 油圧システムの動特性の本質

油圧システムの動的特性は、本質的に、油圧システムが元の平衡状態を失い、新たな平衡状態に到達する過程で示す特性です。さらに、油圧システムの元の平衡状態が崩れ、その動的プロセスが引き起こされる主な理由は 2 つあります。1 つはトランスミッションまたは制御システムのプロセス変化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、油圧システム内の各パラメータ変数が時間とともに変化し、この変化プロセスのパフォーマンスがシステムの動的特性の良否を決定します。

2. 水力動特性の調査方法

油圧システムの動特性を研究する主な手法としては、機能解析法、シミュレーション法、実験研究法、デジタルシミュレーション法などがあります。

2.1 機能解析手法
伝達関数解析は古典制御理論に基づいた研究手法です。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解析は、通常、単一入力および単一出力の線形システムに限定されます。一般に、システムの数学的モデルが最初に確立され、その増分形式が書き込まれ、次にラプラス変換が実行されて、システムの伝達関数が取得され、次にシステムの伝達関数がボード線図に変換されます。直感的に分析しやすい図表現。最後に、ボード線図の位相-周波数曲線と振幅-周波数曲線を通じて応答特性が解析されます。非線形問題に遭遇すると、その非線形要素が無視されたり、線形システムに単純化されたりすることがよくあります。実際、油圧システムには複雑な非線形要素が存在することが多いため、この方法で油圧システムの動特性を解析すると解析誤差が大きくなります。また、伝達関数解析手法は研究対象をブラックボックスとして扱い、システムの入出力のみに注目し、研究対象の内部状態については議論しない。

状態空間解析手法は、研究対象の油圧システムの動的プロセスの数学的モデルを状態方程式として記述することです。状態方程式は、油圧システムの各状態変数の一次微分を表す一次微分方程式系です。システム。他のいくつかの状態変数と入力変数の関数。この関数関係は線形または非線形の場合があります。油圧システムの動的プロセスの数学的モデルを状態方程式の形で記述するために、一般的に使用される方法は、伝達関数を使用して状態関数方程式を導出するか、高次の微分方程式を使用して状態方程式を導出するというものです。状態方程式をリストするためにパワーボンド図を使用することもできます。この解析手法は、研究対象システムの内部変化に着目し、多入力・多出力問題にも対応できるため、伝達関数解析手法の欠点を大幅に改善します。

伝達関数解析法や状態空間解析法などの関数解析法は、油圧システムの内部動的特性を理解し、解析するための数学的基礎となります。記述関数法を用いて解析を行うため、解析誤差が避けられず、単純なシステムの解析によく用いられます。

2.2 シミュレーション方法
コンピュータ技術がまだ普及していない時代には、アナログコンピュータやアナログ回路を用いて油圧システムの動特性をシミュレーション、解析することも実用的で有効な研究手法でした。アナログ コンピュータはデジタル コンピュータより前に誕生しました。その原理は、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、その変数の動作は、回路内の電圧、電流、およびコンポーネントの電気的特性の同様の動作関係に基づいています。

アナログ コンピュータは常微分方程式を解くのに特に適しているため、アナログ微分アナライザとも呼ばれます。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現されるため、アナログ コンピュータ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動作しているときは、システムの数学的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、計算が並行して実行されます。各計算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。しかし、この解析手法の主な目的は、数学的問題を正確に解析することではなく、実験研究に使用できる電子モデルを提供することであるため、計算精度が低いという致命的な欠点があります。また、アナログ回路は構造が複雑な場合が多く、外部干渉に対する耐性が非常に低いです。

2.3 実験研究方法
実験的研究手法は、油圧システムの動特性を解析するために不可欠な研究手法であり、特に過去にデジタルシミュレーションなどの実用的な理論的研究手法が存在しない場合には、実験的手法によってのみ解析することができます。実験研究を行うことで、油圧システムの動特性や関連パラメータの変化を直観的かつ的確に把握することができますが、実験による油圧システムの解析には長期間とコストがかかるというデメリットがあります。

さらに、複雑な油圧システムについては、経験豊富な技術者であってもその正確な数学的モデリングに十分な自信がないため、その動的プロセスについて正しい分析や研究を行うことは不可能です。構築されたモデルの精度は、実験と組み合わせる方法によって効果的に検証でき、正しいモデルを確立するための修正の提案を提供できます。同時に、同じ条件でシミュレーションと実験研究によって両者の結果を比較することができ、シミュレーションと実験の誤差が制御可能な範囲内に収まるように解析することができるため、研究サイクルの短縮と効果が得られます。効率と品質の確保に基づいて改善することができます。したがって、今日の実験研究手法は、重要な油圧システムの動特性を数値シミュレーションやその他の理論研究結果と比較検証するために必要な手段としてよく使用されています。

2.4 デジタルシミュレーション手法
現代の制御理論の進歩とコンピュータ技術の発展により、油圧システムの動特性を研究するための新しい方法、すなわちデジタルシミュレーション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的モデルが最初に確立され、状態方程式によって表現され、次に動的プロセスにおけるシステムの各主要変数の時間領域の解がコンピュータ上で取得されます。

デジタル シミュレーション手法は、線形システムと非線形システムの両方に適しています。任意の入力関数の作用によるシステムパラメータの変化をシミュレートし、油圧システムの動的プロセスを直接かつ包括的に理解できます。油圧システムの動的性能を最初の段階で予測できるため、設計結果を適時に比較、検証、改善することができ、設計された油圧システムが良好な動作性能と高い信頼性を備えていることを効果的に保証できます。油圧の動的性能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技術には、精度、信頼性、強力な適応性、短いサイクル、経済的な節約という利点があります。したがって、デジタルシミュレーション手法は水力動的性能研究の分野で広く使用されています。

3. 水力動特性の研究手法の開発方向

デジタルシミュレーション手法の理論解析と実験結果を比較検証する研究手法を組み合わせて、水力動特性を研究する主流の手法となっています。さらに、デジタルシミュレーション技術の優位性により、水力動特性の研究開発はデジタルシミュレーション技術の開発と密接に統合されることになります。油圧システムのモデリング理論と関連アルゴリズムを徹底的に研究し、モデル化が容易な油圧システム シミュレーション ソフトウェアを開発することで、油圧技術者が油圧システムの本質的な作業の研究により多くのエネルギーを注ぐことができます。流体動特性研究分野の発展。方向性の一つ。

さらに、現代の油圧システムの構成の複雑さを考慮して、その動的特性の研究には機械的、電気的、さらには空気圧の問題も含まれることがよくあります。油圧システムの動的解析は、電気機械油圧などの問題の包括的な解析である場合もあります。したがって、異なる研究分野のシミュレーションソフトウェアのそれぞれの利点を組み合わせて、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ための汎用油圧シミュレーションソフトウェアの開発が、現在の水力動特性研究方法の主な発展方向となっています。

最新の油圧システムの性能要件の向上に伴い、アクチュエータの所定の動作サイクルを完了し、システムの静的性能要件を満たす従来の油圧システムでは要件を満たせなくなっているため、アクチュエータの動的特性を研究することが不可欠です。油圧システム。

油圧システムの動特性に関する研究の本質を説明することに基づいて,本稿では,機能解析法,シミュレーション法,実験研究を含む,油圧システムの動特性を研究する4つの主要な方法を詳細に紹介する方式とデジタルシミュレーション方式のメリット・デメリットを説明します。モデル化が容易な水力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が、将来の水力動特性の研究方法の主な開発方向であることが指摘されています。