طريقة البحث للخصائص الديناميكية للنظام الهيدروليكي

مع التطوير المستمر والتقدم في التكنولوجيا الهيدروليكية ، أصبحت حقول تطبيقها أكثر فأكثر. أصبح النظام الهيدروليكي المستخدم لإكمال وظائف الإرسال والتحكم أكثر تعقيدًا ، ويتم تقديم متطلبات أعلى لمرونة النظام والعروض المختلفة. كل هذه جلبت متطلبات أكثر دقة وأعمق لتصميم وتصنيع الأنظمة الهيدروليكية الحديثة. من الأبعد عن القدرة على تلبية المتطلبات المذكورة أعلاه فقط باستخدام النظام التقليدي لإكمال دورة الإجراء المحددة مسبقًا للمشغل وتلبية متطلبات الأداء الثابت للنظام.

لذلك ، بالنسبة للباحثين الذين شاركوا في تصميم الأنظمة الهيدروليكية الحديثة ، من الضروري للغاية دراسة الخصائص الديناميكية لأنظمة النقل والتحكم الهيدروليكية ، وفهم الخصائص الديناميكية وإتقانها وتغيرات المعلمة في عملية عمل النظام الهيدروليكي ، وذلك لتحسين وتحسين النظام الهيدروليكي. .

1. جوهر الخصائص الديناميكية للنظام الهيدروليكي

الخصائص الديناميكية للنظام الهيدروليكي هي في الأساس الخصائص التي يعرضها النظام الهيدروليكي أثناء عملية فقدان حالة التوازن الأصلية والوصول إلى حالة توازن جديدة. علاوة على ذلك ، هناك سببان رئيسيان لكسر حالة التوازن الأصلية للنظام الهيدروليكي وتشغيل عمليته الديناميكية: أحدهما ناتج عن تغيير عملية نظام الإرسال أو التحكم ؛ والآخر ناتج عن التدخل الخارجي. في هذه العملية الديناميكية ، يتغير كل متغير معلمة في النظام الهيدروليكي مع مرور الوقت ، ويحدد أداء عملية التغيير هذه جودة الخصائص الديناميكية للنظام.

2. طريقة البحث للخصائص الديناميكية الهيدروليكية

الطرق الرئيسية لدراسة الخصائص الديناميكية للأنظمة الهيدروليكية هي طريقة تحليل الوظائف وطريقة المحاكاة وطريقة البحث التجريبي وطريقة المحاكاة الرقمية.

2.1 طريقة تحليل الوظائف
تحليل وظيفة النقل هو طريقة بحث تستند إلى نظرية التحكم الكلاسيكية. عادة ما يقتصر تحليل الخصائص الديناميكية للأنظمة الهيدروليكية مع نظرية التحكم الكلاسيكية على الأنظمة الخطية المفردة والمخرجات الفردية. بشكل عام ، يتم إنشاء النموذج الرياضي للنظام أولاً ، ويتم كتابة شكله التدريجي ، ثم يتم إجراء تحويل لابلاس ، بحيث يتم الحصول على وظيفة نقل النظام ، ثم يتم تحويل وظيفة نقل النظام إلى تمثيل مخطط بارعة يسهل تحليله بشكل حدسي. أخيرًا ، يتم تحليل خصائص الاستجابة من خلال منحنى التردد الطور ومنحنى التردد في السعة في مخطط البود. عند مواجهة المشكلات غير الخطية ، غالبًا ما يتم تجاهل العوامل غير الخطية أو تبسيطها في نظام خطي. في الواقع ، غالبًا ما يكون للأنظمة الهيدروليكية عوامل غير خطية معقدة ، لذلك هناك أخطاء تحليل كبيرة في تحليل الخصائص الديناميكية للأنظمة الهيدروليكية بهذه الطريقة. بالإضافة إلى ذلك ، تعامل طريقة تحليل وظائف النقل كائن البحث كمربع أسود ، وتركز فقط على مدخلات وإخراج النظام ، ولا تناقش الحالة الداخلية للكائن البحثي.

تتمثل طريقة تحليل مساحة الحالة في كتابة النموذج الرياضي للعملية الديناميكية للنظام الهيدروليكي قيد الدراسة كمعادلة للدولة ، وهو نظام معادلة التفاضلية من الدرجة الأولى ، والذي يمثل المشتق من الدرجة الأولى لكل متغير حالة في النظام الهيدروليكي. وظيفة من العديد من متغيرات الحالة الأخرى ومتغيرات الإدخال ؛ يمكن أن تكون هذه العلاقة الوظيفية خطية أو غير خطية. لكتابة نموذج رياضي للعملية الديناميكية للنظام الهيدروليكي في شكل معادلة الحالة ، تتمثل الطريقة الشائعة في استخدام وظيفة النقل لاستخلاص معادلة وظيفة الحالة ، أو استخدام المعادلة التفاضلية ذات الترتيب الأعلى لاستخلاص معادلة الحالة ، ويمكن أيضًا استخدام مخطط رابطة الطاقة لإدراج معادلة الحالة. تهتم طريقة التحليل هذه بالتغييرات الداخلية للنظام الذي تم بحثه ، ويمكن أن تتعامل مع المشكلات المتعددة والمخرجات المتعددة ، مما يحسن إلى حد كبير أوجه القصور في طريقة تحليل وظائف النقل.

طريقة تحليل الوظائف بما في ذلك طريقة تحليل وظائف النقل وطريقة تحليل مساحة الحالة هي الأساس الرياضي للأشخاص لفهم وتحليل الخصائص الديناميكية الداخلية للنظام الهيدروليكي. يتم استخدام طريقة وظيفة الوصف للتحليل ، لذلك تحدث أخطاء التحليل حتماً ، وغالبًا ما يتم استخدامها في تحليل الأنظمة البسيطة.

2.2 طريقة المحاكاة
في العصر الذي لم تكن فيه تكنولوجيا الكمبيوتر شائعة بعد ، كان استخدام أجهزة الكمبيوتر التناظرية أو الدوائر التناظرية لمحاكاة وتحليل الخصائص الديناميكية للأنظمة الهيدروليكية أيضًا طريقة بحث عملية وفعالة. وُلد الكمبيوتر التناظري قبل الكمبيوتر الرقمي ، ومبدأه هو دراسة خصائص النظام التناظري بناءً على التشابه في الوصف الرياضي للقوانين المتغيرة للكميات المادية المختلفة. متغيرها الداخلي هو متغير الجهد المتغير باستمرار ، ويستند تشغيل المتغير على علاقة التشغيل المماثلة للخصائص الكهربائية للجهد والتيار والمكونات في الدائرة.

أجهزة الكمبيوتر التناظرية مناسبة بشكل خاص لحل المعادلات التفاضلية العادية ، لذلك تسمى أيضًا محللات التفاضلية التناظرية. يتم التعبير عن معظم العمليات الديناميكية للأنظمة الفيزيائية بما في ذلك الأنظمة الهيدروليكية في الشكل الرياضي للمعادلات التفاضلية ، وبالتالي فإن أجهزة الكمبيوتر التناظرية مناسبة للغاية للبحث المحاكاة للأنظمة الديناميكية.

عندما تعمل طريقة المحاكاة ، يتم توصيل مكونات الحوسبة المختلفة وفقًا للنموذج الرياضي للنظام ، ويتم إجراء الحسابات بالتوازي. تمثل الفولتية الإخراج لكل مكون حوسبة المتغيرات المقابلة في النظام. مزايا العلاقة. ومع ذلك ، فإن الغرض الرئيسي من طريقة التحليل هذه هو توفير نموذج إلكتروني يمكن استخدامه للبحث التجريبي ، بدلاً من الحصول على تحليل دقيق للمشاكل الرياضية ، لذلك يكون له عيب قاتل لدقة الحساب المنخفض ؛ بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما تكون دائرتها التناظرية معقدة في التركيب ، وهي مقاومة للقدرة على التدخل مع العالم الخارجي سيئة للغاية.

2.3 طريقة البحث التجريبي
طريقة البحث التجريبية هي طريقة بحث لا غنى عنها لتحليل الخصائص الديناميكية للنظام الهيدروليكي ، خاصةً عندما لا توجد طريقة بحث نظرية عملية مثل المحاكاة الرقمية في الماضي ، لا يمكن تحليلها إلا بالطرق التجريبية. من خلال البحث التجريبي ، يمكننا أن نفهم بشكل حدسي الخصائص الديناميكية للنظام الهيدروليكي وتغييرات المعلمات ذات الصلة ، ولكن تحليل النظام الهيدروليكي من خلال التجارب له عيوب فترة طويلة وتكلفة عالية.

بالإضافة إلى ذلك ، بالنسبة للنظام الهيدروليكي المعقد ، فإن المهندسين ذوي الخبرة ليسوا متأكدين تمامًا من النمذجة الرياضية الدقيقة ، لذلك من المستحيل إجراء التحليل الصحيح والبحث في عمليته الديناميكية. يمكن التحقق من دقة النموذج المبني بشكل فعال من خلال طريقة الجمع مع التجربة ، ويمكن تقديم اقتراحات للمراجعة لإنشاء النموذج الصحيح ؛ في الوقت نفسه ، يمكن مقارنة نتائج الاثنين من خلال المحاكاة والبحث التجريبي في ظل تحليل نفس الظروف ، لضمان أن تكون أخطاء المحاكاة والتجارب ضمن النطاق القابل للتحكم ، بحيث يمكن تقصير دورة البحث ويمكن تحسين الفوائد على أساس ضمان الكفاءة والجودة. لذلك ، غالبًا ما يتم استخدام طريقة البحث التجريبي اليوم كوسيلة ضرورية لمقارنة والتحقق من المحاكاة العددية أو غيرها من النتائج البحثية النظرية للخصائص الديناميكية للهيدروليكية الهامة.

2.4 طريقة المحاكاة الرقمية
جلب تقدم نظرية التحكم الحديثة وتطوير تكنولوجيا الكمبيوتر طريقة جديدة لدراسة الخصائص الديناميكية للنظام الهيدروليكي ، أي طريقة المحاكاة الرقمية. في هذه الطريقة ، يتم إنشاء النموذج الرياضي لعملية النظام الهيدروليكي أولاً ، ويتم التعبير عنه بواسطة معادلة الحالة ، ثم يتم الحصول على حل المجال الزمني لكل متغير رئيسي للنظام في العملية الديناميكية على الكمبيوتر.

طريقة المحاكاة الرقمية مناسبة لكل من الأنظمة الخطية والأنظمة غير الخطية. يمكنه محاكاة تغييرات معلمات النظام تحت إجراء أي وظيفة إدخال ، ثم الحصول على فهم مباشر وشامل للعملية الديناميكية للنظام الهيدروليكي. يمكن التنبؤ بالأداء الديناميكي للنظام الهيدروليكي في المرحلة الأولى ، بحيث يمكن مقارنة نتائج التصميم والتحقق منها وتحسينها في الوقت المناسب ، والتي يمكن أن تضمن بشكل فعال أن النظام الهيدروليكي المصمم له أداء عمل جيد وموثوقية عالية. بالمقارنة مع وسائل وأساليب أخرى لدراسة الأداء الديناميكي الهيدروليكي ، فإن تقنية المحاكاة الرقمية لديها مزايا الدقة والموثوقية والقدرة القوية على التكيف والدورة القصيرة والتوفير الاقتصادي. لذلك ، تم استخدام طريقة المحاكاة الرقمية على نطاق واسع في مجال أبحاث الأداء الديناميكي الهيدروليكي.

3. اتجاه تطوير طرق البحث للخصائص الديناميكية الهيدروليكية

من خلال التحليل النظري لطريقة المحاكاة الرقمية ، جنبًا إلى جنب مع طريقة البحث في مقارنة النتائج التجريبية والتحقق منها ، فقد أصبحت الطريقة السائدة لدراسة الخصائص الديناميكية الهيدروليكية. علاوة على ذلك ، نظرًا لتفوق تقنية المحاكاة الرقمية ، سيتم دمج تطوير الأبحاث حول الخصائص الديناميكية الهيدروليكية بشكل وثيق مع تطوير تكنولوجيا المحاكاة الرقمية. دراسة متعمقة لنظرية النمذجة والخوارزميات ذات الصلة للنظام الهيدروليكي ، وتطوير برنامج محاكاة النظام الهيدروليكي يسهل تصميمه ، بحيث يمكن للفنيين الهيدروليكيين تكريس المزيد من الطاقة للبحث في العمل الأساسي للنظام الهيدروليكي هو تطوير مجال البحوث للخصائص الديناميكية الهيدروليكية. أحد الاتجاهات.

بالإضافة إلى ذلك ، في ضوء تعقيد تكوين النظم الهيدروليكية الحديثة ، غالبًا ما تشارك المشكلات الميكانيكية والكهربائية وحتى الهوائية في دراسة خصائصها الديناميكية. يمكن ملاحظة أن التحليل الديناميكي للنظام الهيدروليكي هو أحيانًا تحليل شامل للمشاكل مثل الهيدروليكية الكهروميكانيكية. لذلك ، فإن تطوير برنامج المحاكاة الهيدروليكية الشاملة ، إلى جانب المزايا المعنية لبرامج المحاكاة في مجالات البحث المختلفة ، لتحقيق محاكاة مفصل متعددة الأبعاد للأنظمة الهيدروليكية أصبح الاتجاه الرئيسي للتطوير لطريقة أبحاث الخصائص الديناميكية الهيدروليكية الحالية.

مع تحسين متطلبات الأداء للنظام الهيدروليكي الحديث ، لم يعد النظام الهيدروليكي التقليدي لإكمال دورة الإجراء المحددة مسبقًا للمشغل وتلبية متطلبات الأداء الثابت للنظام لا يمكن أن تلبي المتطلبات ، لذلك من الضروري دراسة الخصائص الديناميكية للنظام الهيدروليكي.

على أساس شرح جوهر البحث على الخصائص الديناميكية للنظام الهيدروليكي ، تقدم هذه الورقة بالتفصيل أربع طرق رئيسية لدراسة الخصائص الديناميكية للنظام الهيدروليكي ، بما في ذلك طريقة تحليل الوظائف وطريقة المحاكاة وطريقة البحث التجريبي وطريقة المحاكاة الرقمية ، ومزاياه وعيوبها. يشار إلى أن تطوير برنامج محاكاة النظام الهيدروليكي يسهل تصميمه ومحاكاة المشتركة لبرامج المحاكاة متعددة المجالات هي اتجاهات التطوير الرئيسية لطريقة البحث للخصائص الديناميكية الهيدروليكية في المستقبل.