Méthode de recherche des caractéristiques dynamiques du système hydraulique

Avec le développement et les progrès continus de la technologie hydraulique, ses domaines d'application deviennent de plus en plus étendus. Le système hydraulique utilisé pour compléter les fonctions de transmission et de contrôle devient de plus en plus complexe, et des exigences plus élevées sont mises en avant pour sa flexibilité et ses diverses performances. Tous ces éléments ont apporté des exigences plus précises et plus profondes à la conception et à la fabrication de systèmes hydrauliques modernes. Il est loin de pouvoir répondre aux exigences ci-dessus uniquement en utilisant le système traditionnel pour compléter le cycle d'action prédéterminé de l'actionneur et répondre aux exigences de performances statiques du système.

Par conséquent, pour les chercheurs engagés dans la conception de systèmes hydrauliques modernes, il est essentiel d'étudier les caractéristiques dynamiques des systèmes de transmission et de contrôle hydrauliques, de comprendre et de maîtriser les caractéristiques dynamiques et les changements de paramètres dans le processus de travail du système hydraulique, afin de améliorer et perfectionner encore le système hydraulique. .

1. L'essence des caractéristiques dynamiques du système hydraulique

Les caractéristiques dynamiques du système hydraulique sont essentiellement les caractéristiques que le système hydraulique présente pendant le processus de perte de son état d'équilibre d'origine et d'atteinte d'un nouvel état d'équilibre. En outre, il existe deux raisons principales pour rompre l'état d'équilibre initial du système hydraulique et déclencher son processus dynamique : l'une est causée par le changement de processus du système de transmission ou de contrôle ; l'autre est causée par une interférence externe. Dans ce processus dynamique, chaque variable de paramètre du système hydraulique change avec le temps, et la performance de ce processus de changement détermine la qualité des caractéristiques dynamiques du système.

2. Méthode de recherche des caractéristiques dynamiques hydrauliques

Les principales méthodes d'étude des caractéristiques dynamiques des systèmes hydrauliques sont la méthode d'analyse des fonctions, la méthode de simulation, la méthode de recherche expérimentale et la méthode de simulation numérique.

2.1 Méthode d'analyse des fonctions
L'analyse des fonctions de transfert est une méthode de recherche basée sur la théorie classique du contrôle. L'analyse des caractéristiques dynamiques des systèmes hydrauliques avec la théorie du contrôle classique se limite généralement aux systèmes linéaires à entrée et sortie uniques. Généralement, le modèle mathématique du système est établi en premier, et sa forme incrémentale est écrite, puis la transformation de Laplace est effectuée, de sorte que la fonction de transfert du système soit obtenue, puis la fonction de transfert du système est convertie en Bode représentation schématique facile à analyser intuitivement. Enfin, les caractéristiques de réponse sont analysées à travers la courbe phase-fréquence et la courbe amplitude-fréquence dans le diagramme de Bode. Lorsqu'on rencontre des problèmes non linéaires, ses facteurs non linéaires sont souvent ignorés ou simplifiés en un système linéaire. En fait, les systèmes hydrauliques comportent souvent des facteurs non linéaires complexes, ce qui entraîne d'importantes erreurs d'analyse lors de l'analyse des caractéristiques dynamiques des systèmes hydrauliques avec cette méthode. De plus, la méthode d'analyse de la fonction de transfert traite l'objet de recherche comme une boîte noire, se concentre uniquement sur les entrées et les sorties du système et ne discute pas de l'état interne de l'objet de recherche.

La méthode d'analyse de l'espace d'état consiste à écrire le modèle mathématique du processus dynamique du système hydraulique étudié sous la forme d'une équation d'état, qui est un système d'équations différentielles du premier ordre, qui représente la dérivée du premier ordre de chaque variable d'état dans le système hydraulique. système. Une fonction de plusieurs autres variables d'état et variables d'entrée ; cette relation fonctionnelle peut être linéaire ou non linéaire. Pour écrire un modèle mathématique du processus dynamique d'un système hydraulique sous la forme d'une équation d'état, la méthode couramment utilisée consiste à utiliser la fonction de transfert pour dériver l'équation de la fonction d'état, ou à utiliser l'équation différentielle d'ordre supérieur pour dériver l'équation de la fonction d'état. L'équation d'état et le diagramme de liaison de puissance peuvent également être utilisés pour répertorier l'équation d'état. Cette méthode d'analyse prête attention aux changements internes du système étudié et peut traiter des problèmes multi-entrées et multi-sorties, ce qui améliore considérablement les lacunes de la méthode d'analyse de la fonction de transfert.

La méthode d'analyse des fonctions, y compris la méthode d'analyse de la fonction de transfert et la méthode d'analyse de l'espace d'état, constitue la base mathématique permettant aux utilisateurs de comprendre et d'analyser les caractéristiques dynamiques internes du système hydraulique. La méthode de la fonction de description est utilisée pour l'analyse, des erreurs d'analyse se produisent donc inévitablement et elle est souvent utilisée dans l'analyse de systèmes simples.

2.2 Méthode de simulation
À une époque où la technologie informatique n’était pas encore populaire, l’utilisation d’ordinateurs analogiques ou de circuits analogiques pour simuler et analyser les caractéristiques dynamiques des systèmes hydrauliques constituait également une méthode de recherche pratique et efficace. L'ordinateur analogique est né avant l'ordinateur numérique et son principe est d'étudier les caractéristiques du système analogique sur la base de la similitude dans la description mathématique des lois changeantes de différentes grandeurs physiques. Sa variable interne est une variable de tension en constante évolution, et le fonctionnement de la variable est basé sur la relation de fonctionnement similaire des caractéristiques électriques de la tension, du courant et des composants du circuit.

Les ordinateurs analogiques sont particulièrement adaptés à la résolution d’équations différentielles ordinaires, c’est pourquoi ils sont également appelés analyseurs différentiels analogiques. La plupart des processus dynamiques des systèmes physiques, y compris les systèmes hydrauliques, sont exprimés sous forme mathématique d'équations différentielles. Les ordinateurs analogiques sont donc très adaptés à la recherche par simulation de systèmes dynamiques.

Lorsque la méthode de simulation fonctionne, divers composants informatiques sont connectés selon le modèle mathématique du système et les calculs sont effectués en parallèle. Les tensions de sortie de chaque composant informatique représentent les variables correspondantes dans le système. Avantages de la relation. Cependant, l'objectif principal de cette méthode d'analyse est de fournir un modèle électronique pouvant être utilisé pour la recherche expérimentale, plutôt que d'obtenir une analyse précise de problèmes mathématiques, elle présente donc l'inconvénient fatal d'une faible précision de calcul ; de plus, son circuit analogique est souvent de structure complexe, résistant à la capacité d'interférer avec le monde extérieur est extrêmement faible.

2.3 Méthode de recherche expérimentale
La méthode de recherche expérimentale est une méthode de recherche indispensable pour analyser les caractéristiques dynamiques du système hydraulique, en particulier lorsqu'il n'existe dans le passé aucune méthode de recherche théorique pratique telle que la simulation numérique, elle ne peut être analysée que par des méthodes expérimentales. Grâce à la recherche expérimentale, nous pouvons comprendre intuitivement et véritablement les caractéristiques dynamiques du système hydraulique et les changements des paramètres associés, mais l'analyse du système hydraulique par des expériences présente les inconvénients d'une longue période et d'un coût élevé.

De plus, pour un système hydraulique complexe, même les ingénieurs expérimentés ne sont pas entièrement sûrs de sa modélisation mathématique précise, il est donc impossible de mener une analyse et des recherches correctes sur son processus dynamique. L'exactitude du modèle construit peut être vérifiée efficacement grâce à la méthode de combinaison avec l'expérience, et des suggestions de révision peuvent être fournies pour établir le modèle correct ; en même temps, les résultats des deux peuvent être comparés par simulation et recherche expérimentale dans les mêmes conditions d'analyse, pour garantir que les erreurs de simulation et d'expériences se situent dans la plage contrôlable, afin que le cycle de recherche puisse être raccourci et les avantages peut être amélioré en garantissant l’efficacité et la qualité. Par conséquent, la méthode de recherche expérimentale actuelle est souvent utilisée comme moyen nécessaire pour comparer et vérifier la simulation numérique ou d'autres résultats de recherche théorique sur les caractéristiques dynamiques importantes du système hydraulique.

2.4 Méthode de simulation numérique
Les progrès de la théorie moderne du contrôle et le développement de la technologie informatique ont apporté une nouvelle méthode pour l’étude des caractéristiques dynamiques des systèmes hydrauliques, à savoir la méthode de simulation numérique. Dans cette méthode, le modèle mathématique du processus du système hydraulique est d'abord établi et exprimé par l'équation d'état, puis la solution dans le domaine temporel de chaque variable principale du système dans le processus dynamique est obtenue sur ordinateur.

La méthode de simulation numérique convient aussi bien aux systèmes linéaires qu'aux systèmes non linéaires. Il peut simuler les changements des paramètres du système sous l'action de n'importe quelle fonction d'entrée, puis obtenir une compréhension directe et complète du processus dynamique du système hydraulique. Les performances dynamiques du système hydraulique peuvent être prédites dès la première étape, de sorte que les résultats de conception puissent être comparés, vérifiés et améliorés dans le temps, ce qui peut garantir efficacement que le système hydraulique conçu a de bonnes performances de travail et une fiabilité élevée. Par rapport à d'autres moyens et méthodes d'étude des performances dynamiques hydrauliques, la technologie de simulation numérique présente les avantages de la précision, de la fiabilité, d'une forte adaptabilité, d'un cycle court et d'économies économiques. Par conséquent, la méthode de simulation numérique a été largement utilisée dans le domaine de la recherche sur les performances dynamiques hydrauliques.

3. Orientation de développement des méthodes de recherche sur les caractéristiques dynamiques hydrauliques

Grâce à l'analyse théorique de la méthode de simulation numérique, combinée à la méthode de recherche consistant à comparer et à vérifier les résultats expérimentaux, elle est devenue la méthode principale d'étude des caractéristiques dynamiques hydrauliques. De plus, en raison de la supériorité de la technologie de simulation numérique, le développement de la recherche sur les caractéristiques dynamiques hydrauliques sera étroitement intégré au développement de la technologie de simulation numérique. Une étude approfondie de la théorie de la modélisation et des algorithmes associés du système hydraulique, ainsi que le développement d'un logiciel de simulation du système hydraulique facile à modéliser, afin que les techniciens en hydraulique puissent consacrer plus d'énergie à la recherche du travail essentiel du système hydraulique sont le développement du domaine de la recherche sur les caractéristiques dynamiques hydrauliques. une des directions.

De plus, compte tenu de la complexité de la composition des systèmes hydrauliques modernes, des problématiques mécaniques, électriques, voire pneumatiques, interviennent souvent dans l'étude de leurs caractéristiques dynamiques. On constate que l'analyse dynamique du système hydraulique est parfois une analyse complète de problèmes tels que l'hydraulique électromécanique. Par conséquent, le développement d’un logiciel de simulation hydraulique universel, combiné aux avantages respectifs des logiciels de simulation dans différents domaines de recherche, pour réaliser une simulation conjointe multidimensionnelle des systèmes hydrauliques est devenu la principale direction de développement de la méthode de recherche actuelle sur les caractéristiques dynamiques hydrauliques.

Avec l'amélioration des exigences de performance du système hydraulique moderne, le système hydraulique traditionnel pour compléter le cycle d'action prédéterminé de l'actionneur et répondre aux exigences de performance statique du système ne peut plus répondre aux exigences, il est donc impératif d'étudier les caractéristiques dynamiques de le système hydraulique.

Sur la base de l'exposé de l'essence de la recherche sur les caractéristiques dynamiques du système hydraulique, cet article présente en détail quatre méthodes principales d'étude des caractéristiques dynamiques du système hydraulique, notamment la méthode d'analyse des fonctions, la méthode de simulation, la recherche expérimentale. et la méthode de simulation numérique, ainsi que leurs avantages et inconvénients. Il est souligné que le développement d'un logiciel de simulation de système hydraulique facile à modéliser et la simulation conjointe de logiciels de simulation multi-domaines sont les principales orientations de développement de la méthode de recherche sur les caractéristiques dynamiques hydrauliques à l'avenir.