طريقة البحث عن الخصائص الديناميكية للنظام الهيدروليكي

مع التطور المستمر والتقدم في التكنولوجيا الهيدروليكية، أصبحت مجالات تطبيقها أكثر وأكثر اتساعًا. أصبح النظام الهيدروليكي المستخدم لإكمال وظائف النقل والتحكم أكثر تعقيدًا، ويتم طرح متطلبات أعلى لمرونة النظام والأداء المتنوع. كل هذا جلب متطلبات أكثر دقة وأعمق لتصميم وتصنيع الأنظمة الهيدروليكية الحديثة. إنه بعيد عن القدرة على تلبية المتطلبات المذكورة أعلاه فقط من خلال استخدام النظام التقليدي لإكمال دورة العمل المحددة مسبقًا للمشغل وتلبية متطلبات الأداء الثابت للنظام.

لذلك، بالنسبة للباحثين المشاركين في تصميم الأنظمة الهيدروليكية الحديثة، من الضروري جدًا دراسة الخصائص الديناميكية لأنظمة النقل والتحكم الهيدروليكية، وفهم وإتقان الخصائص الديناميكية وتغييرات المعلمات في عملية عمل النظام الهيدروليكي، وذلك مواصلة تحسين وتحسين النظام الهيدروليكي. .

1. جوهر الخصائص الديناميكية للنظام الهيدروليكي

الخصائص الديناميكية للنظام الهيدروليكي هي في الأساس الخصائص التي يظهرها النظام الهيدروليكي أثناء عملية فقدان حالة توازنه الأصلية والوصول إلى حالة توازن جديدة. علاوة على ذلك، هناك سببان رئيسيان لكسر حالة التوازن الأصلية للنظام الهيدروليكي وبدء عمليته الديناميكية: الأول ناتج عن تغيير العملية في نظام النقل أو التحكم؛ والآخر ناجم 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 عن الخصائص 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 الوظيفة
تحليل وظيفة النقل هو طريقة بحث تعتمد على نظرية التحكم الكلاسيكية. عادةً ما يقتصر تحليل الخصائص الديناميكية للأنظمة الهيدروليكية باستخدام نظرية التحكم الكلاسيكية على الأنظمة الخطية ذات المدخلات الفردية والمخرجات الفردية. بشكل عام، يتم إنشاء النموذج الرياضي للنظام أولاً، ويتم كتابة شكله التزايدي، ومن ثم يتم إجراء تحويل لابلاس، بحيث يتم الحصول على دالة النقل للنظام، ومن ثم يتم تحويل دالة النقل للنظام إلى بود تمثيل تخطيطي يسهل تحليله بشكل حدسي. وأخيرا، يتم تحليل خصائص الاستجابة من خلال منحنى تردد الطور ومنحنى تردد السعة في مخطط بود. عند مواجهة المشكلات غير الخطية، غالبًا ما يتم تجاهل عواملها غير الخطية أو تبسيطها في نظام خطي. في الواقع، غالبًا ما تحتوي الأنظمة الهيدروليكية على عوامل غير خطية معقدة، لذلك هناك أخطاء تحليلية كبيرة في تحليل الخصائص الديناميكية للأنظمة الهيدروليكية باستخدام هذه الطريقة. بالإضافة إلى ذلك، تتعامل طريقة تحليل وظيفة النقل مع كائن البحث على أنه صندوق أسود، وتركز فقط على مدخلات ومخرجات النظام، ولا تناقش الحالة الداخلية لكائن البحث.

تتمثل طريقة التحليل المكاني للحالة في كتابة النموذج الرياضي للعملية الديناميكية للنظام الهيدروليكي محل الدراسة كمعادلة حالة وهي عبارة عن نظام معادلات تفاضلية من الدرجة الأولى يمثل المشتقة من الدرجة الأولى لكل متغير حالة في النظام الهيدروليكي نظام. دالة لعدة متغيرات الحالة ومتغيرات الإدخال الأخرى؛ يمكن أن تكون هذه العلاقة الوظيفية خطية أو غير خطية. لكتابة نموذج رياضي للعملية الديناميكية لنظام هيدروليكي في شكل معادلة الحالة، الطريقة الشائعة الاستخدام هي استخدام دالة النقل لاشتقاق معادلة دالة الحالة، أو استخدام المعادلة التفاضلية ذات الترتيب الأعلى لاشتقاق معادلة الحالة، ويمكن أيضًا استخدام مخطط رابطة الطاقة لسرد معادلة الحالة. تهتم طريقة التحليل هذه بالتغيرات الداخلية للنظام المدروس، ويمكنها التعامل مع مشاكل المدخلات والمخرجات المتعددة، مما يحسن بشكل كبير أوجه القصور في طريقة تحليل وظيفة النقل.

تعد طريقة تحليل الوظيفة بما في ذلك طريقة تحليل وظيفة النقل وطريقة تحليل مساحة الحالة الأساس الرياضي للأشخاص لفهم وتحليل الخصائص الديناميكية الداخلية للنظام الهيدروليكي. يتم استخدام طريقة وظيفة الوصف للتحليل، لذلك تحدث أخطاء التحليل حتما، وغالبا ما تستخدم 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. ولد الحاسوب التناظري قبل الحاسوب الرقمي، ومبدأه هو دراسة خصائص النظام التناظري على أساس التشابه في الوصف الرياضي للقوانين المتغيرة للكميات الفيزيائية المختلفة. متغيرها الداخلي هو متغير الجهد المتغير باستمرار، ويعتمد تشغيل المتغير على علاقة التشغيل المتشابهة للخصائص الكهربائية للجهد والتيار والمكونات في الدائرة.

تعد أجهزة الكمبيوتر التناظرية مناسبة بشكل خاص لحل المعادلات التفاضلية العادية، لذلك يطلق عليها أيضًا اسم المحللات التفاضلية التناظرية. يتم التعبير عن معظم العمليات الديناميكية للأنظمة الفيزيائية بما في ذلك الأنظمة الهيدروليكية بالشكل الرياضي للمعادلات التفاضلية، لذا فإن أجهزة الكمبيوتر التناظرية مناسبة جدًا لأبحاث محاكاة الأنظمة الديناميكية.

عندما تعمل طريقة المحاكاة، يتم توصيل مكونات الحوسبة المختلفة وفقًا للنموذج الرياضي للنظام، ويتم إجراء الحسابات بالتوازي. تمثل الفولتية الناتجة لكل مكون حاسوبي 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 للمشكلات الرياضية، لذلك فإن لها عيبًا قاتلًا يتمثل في انخفاض دقة الحساب؛ بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تكون دائرتها التناظرية معقدة من حيث البنية، والقدرة على التدخل في العالم الخارجي سيئة للغاية.

2.3 طريقة البحث التجريبي
يعد أسلوب البحث التجريبي أسلوب بحث لا غنى عنه لتحليل الخصائص الديناميكية للنظام الهيدروليكي، خاصة عندما لا يكون هناك أسلوب بحث نظري عملي مثل المحاكاة الرقمية في الماضي، فلا يمكن تحليله إلا بالطرق التجريبية. من خلال البحث التجريبي، يمكننا أن نفهم بشكل حدسي وحقيقي الخصائص الديناميكية للنظام الهيدروليكي والتغيرات في المعلمات ذات الصلة، ولكن تحليل النظام الهيدروليكي من خلال التجارب له مساوئ المدة الطويلة والتكلفة العالية.

بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة للنظام الهيدروليكي المعقد، حتى المهندسين ذوي الخبرة ليسوا متأكدين تمامًا من النمذجة الرياضية الدقيقة له، لذلك من المستحيل إجراء التحليل والبحث الصحيحين حول عمليته الديناميكية. يمكن التحقق من دقة النموذج المبني بشكل فعال من خلال أسلوب الدمج مع التجربة، ويمكن تقديم اقتراحات للمراجعة لإنشاء النموذج الصحيح؛ وفي الوقت نفسه، يمكن مقارنة نتائج الاثنين عن طريق المحاكاة والبحث التجريبي تحت نفس شروط التحليل، للتأكد من أن أخطاء المحاكاة والتجارب تقع ضمن النطاق القابل للتحكم، وبالتالي يمكن اختصار دورة البحث وتحقيق الفوائد. يمكن تحسينها على أساس ضمان الكفاءة والجودة. لذلك، غالبًا ما يتم استخدام طريقة البحث التجريبي اليوم كوسيلة ضرورية لمقارنة والتحقق من المحاكاة العددية أو نتائج البحث النظرية الأخرى للخصائص الديناميكية المهمة للنظام الهيدروليكي.

2.4 طريقة المحاكاة الرقمية
لقد أدى تقدم نظرية التحكم الحديثة وتطور تكنولوجيا الكمبيوتر إلى ظهور طريقة جديدة لدراسة الخصائص الديناميكية للنظام الهيدروليكي، وهي طريقة المحاكاة الرقمية. في هذه الطريقة، يتم إنشاء النموذج الرياضي لعملية النظام الهيدروليكي أولاً، ويتم التعبير عنه بمعادلة الحالة، ومن 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 التغييرات في معلمات النظام تحت تأثير أي وظيفة إدخال، ومن 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، مما يضمن بشكل فعال أن النظام الهيدروليكي المصمم يتمتع بأداء عمل جيد وموثوقية عالية. بالمقارنة مع الوسائل والأساليب الأخرى لدراسة الأداء الديناميكي الهيدروليكي، تتمتع تكنولوجيا المحاكاة الرقمية بمزايا الدقة والموثوقية والقدرة على التكيف القوية والدورة القصيرة والتوفير الاقتصادي. ولذلك، 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 لمقارنة النتائج التجريبية والتحقق منها، أصبحت الطريقة السائدة لدراسة الخصائص الديناميكية الهيدروليكية. علاوة على ذلك، ونظرًا لتفوق تكنولوجيا المحاكاة الرقمية، فإن تطوير الأبحاث حول الخصائص الديناميكية الهيدروليكية سيتم دمجه بشكل وثيق مع تطوير تكنولوجيا المحاكاة الرقمية. دراسة متعمقة لنظرية النمذجة والخوارزميات ذات الصلة للنظام الهيدروليكي، وتطوير برنامج محاكاة النظام الهيدروليكي الذي يسهل تصميمه، بحيث يمكن للفنيين الهيدروليكيين تكريس المزيد من الطاقة للبحث في العمل الأساسي للنظام الهيدروليكي. تطوير مجال أبحاث الخصائص الديناميكية الهيدروليكية. أحد الاتجاهات.

بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لتعقيد تكوين الأنظمة الهيدروليكية الحديثة، غالبًا ما يتم تضمين المشكلات الميكانيكية والكهربائية وحتى الهوائية في دراسة خصائصها الديناميكية. يمكن ملاحظة أن التحليل الديناميكي للنظام الهيدروليكي هو في بعض الأحيان تحليل شامل لمشاكل مثل المكونات الهيدروليكية الكهروميكانيكية. لذلك، أصبح تطوير برامج المحاكاة الهيدروليكية العالمية، جنبًا إلى جنب مع المزايا الخاصة ببرامج المحاكاة في مجالات البحث المختلفة، لتحقيق محاكاة مشتركة متعددة الأبعاد للأنظمة الهيدروليكية، هو الاتجاه الرئيسي لتطوير طريقة بحث الخصائص الديناميكية الهيدروليكية الحالية.

مع تحسين متطلبات أداء النظام الهيدروليكي الحديث، لم يعد النظام الهيدروليكي التقليدي لإكمال دورة العمل المحددة مسبقًا للمشغل وتلبية متطلبات الأداء الثابت للنظام قادرًا على تلبية المتطلبات، لذلك من الضروري دراسة الخصائص الديناميكية النظام الهيدروليكي.

على أساس شرح جوهر البحث حول الخصائص الديناميكية للنظام الهيدروليكي، يقدم هذا البحث بالتفصيل أربع طرق رئيسية لدراسة الخصائص الديناميكية للنظام الهيدروليكي، بما في ذلك طريقة تحليل الوظيفة، طريقة المحاكاة، البحث التجريبي طريقة وطريقة المحاكاة الرقمية ومزاياها وعيوبها. يشار إلى أن تطوير برنامج محاكاة النظام الهيدروليكي الذي يسهل تصميمه والمحاكاة المشتركة لبرامج المحاكاة متعددة المجالات هي اتجاهات التطوير الرئيسية لطريقة البحث عن الخصائص الديناميكية الهيدروليكية في المستقبل.