วิธีวิจัยลักษณะเฉพาะแบบไดนามิกของระบบไฮดรอลิก

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องและความก้าวหน้าของเทคโนโลยีไฮดรอลิก ขอบเขตการใช้งานจึงกว้างขวางมากขึ้นเรื่อยๆ ระบบไฮดรอลิกที่ใช้ในการส่งผ่านและควบคุมฟังก์ชันมีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ และมีการหยิบยกข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับความยืดหยุ่นของระบบและประสิทธิภาพที่หลากหลาย ทั้งหมดนี้ได้นำข้อกำหนดที่แม่นยำและลึกซึ้งยิ่งขึ้นมาสู่การออกแบบและการผลิตระบบไฮดรอลิกสมัยใหม่ ความสามารถในการปฏิบัติตามข้อกำหนดข้างต้นเพียงอย่างเดียวนั้นยังห่างไกลจากการใช้ระบบแบบดั้งเดิมเพื่อทำให้วงจรการดำเนินการที่กำหนดไว้ล่วงหน้าของแอคชูเอเตอร์เสร็จสมบูรณ์ และตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพคงที่ของระบบ

ดังนั้น สำหรับนักวิจัยที่มีส่วนร่วมในการออกแบบระบบไฮดรอลิกที่ทันสมัย ​​จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องศึกษาลักษณะไดนามิกของระบบส่งกำลังและการควบคุมไฮดรอลิก ทำความเข้าใจและเชี่ยวชาญลักษณะไดนามิกและการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ในกระบวนการทำงานของระบบไฮดรอลิก เพื่อที่จะ ปรับปรุงระบบไฮดรอลิกให้สมบูรณ์แบบยิ่งขึ้น -

1. สาระสำคัญของลักษณะไดนามิกของระบบไฮดรอลิก

ลักษณะไดนามิกของระบบไฮดรอลิกนั้นเป็นลักษณะเฉพาะที่ระบบไฮดรอลิกแสดงในระหว่างกระบวนการสูญเสียสถานะสมดุลเดิมและเข้าสู่สถานะสมดุลใหม่ นอกจากนี้ มีเหตุผลหลักสองประการในการทำลายสถานะสมดุลดั้งเดิมของระบบไฮดรอลิกและกระตุ้นให้เกิดกระบวนการไดนามิก: สาเหตุหนึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงกระบวนการของระบบส่งกำลังหรือระบบควบคุม อีกอันเกิดจากการรบกวนจากภายนอก ในกระบวนการไดนามิกนี้ ตัวแปรพารามิเตอร์แต่ละตัวในระบบไฮดรอลิกจะเปลี่ยนแปลงตามเวลา และประสิทธิภาพของกระบวนการเปลี่ยนแปลงนี้จะกำหนดคุณภาพของคุณลักษณะไดนามิกของระบบ

2. วิธีการวิจัยลักษณะทางไฮดรอลิกไดนามิก

วิธีหลักในการศึกษาคุณลักษณะไดนามิกของระบบไฮดรอลิกคือ วิธีวิเคราะห์ฟังก์ชัน วิธีจำลอง วิธีวิจัยเชิงทดลอง และวิธีการจำลองแบบดิจิทัล

2.1 วิธีการวิเคราะห์ฟังก์ชัน
การวิเคราะห์ฟังก์ชันทรานสเฟอร์เป็นวิธีการวิจัยที่ใช้ทฤษฎีการควบคุมแบบคลาสสิก การวิเคราะห์คุณลักษณะไดนามิกของระบบไฮดรอลิกด้วยทฤษฎีการควบคุมแบบคลาสสิกมักจะจำกัดอยู่ที่ระบบเชิงเส้นตรงอินพุตเดี่ยวและเอาต์พุตเดี่ยว โดยทั่วไปแล้ว แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของระบบจะถูกสร้างขึ้นก่อน จากนั้นจะมีการเขียนรูปแบบส่วนเพิ่ม จากนั้นจึงทำการแปลงลาปลาซ เพื่อให้ได้ฟังก์ชันการถ่ายโอนของระบบ จากนั้นฟังก์ชันการถ่ายโอนของระบบจะถูกแปลงเป็นลางบอกเหตุ การแสดงแผนภาพที่ง่ายต่อการวิเคราะห์อย่างสังหรณ์ใจ สุดท้าย คุณลักษณะการตอบสนองจะได้รับการวิเคราะห์ผ่านกราฟเฟส-ความถี่ และกราฟแอมพลิจูด-ความถี่ในแผนภาพ Bode เมื่อประสบปัญหาไม่เชิงเส้น ปัจจัยที่ไม่เชิงเส้นมักถูกละเลยหรือทำให้ง่ายขึ้นเป็นระบบเชิงเส้น ในความเป็นจริง ระบบไฮดรอลิกมักจะมีปัจจัยที่ไม่เป็นเชิงเส้นที่ซับซ้อน ดังนั้นจึงมีข้อผิดพลาดในการวิเคราะห์อย่างมากในการวิเคราะห์ลักษณะไดนามิกของระบบไฮดรอลิกด้วยวิธีนี้ นอกจากนี้ วิธีการวิเคราะห์ฟังก์ชันการถ่ายโอนจะถือว่าวัตถุวิจัยเป็นเหมือนกล่องดำ โดยเน้นที่อินพุตและเอาต์พุตของระบบเท่านั้น และไม่ได้กล่าวถึงสถานะภายในของวัตถุวิจัย

วิธีการวิเคราะห์พื้นที่สถานะคือการเขียนแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการไดนามิกของระบบไฮดรอลิกที่กำลังศึกษาอยู่เป็นสมการสถานะซึ่งเป็นระบบสมการเชิงอนุพันธ์ลำดับที่หนึ่งซึ่งแสดงถึงอนุพันธ์ลำดับที่หนึ่งของตัวแปรสถานะแต่ละตัวในระบบไฮดรอลิก ระบบ. ฟังก์ชันของตัวแปรสถานะและตัวแปรอินพุตอื่นๆ อีกหลายตัว ความสัมพันธ์เชิงฟังก์ชันนี้สามารถเป็นแบบเชิงเส้นหรือไม่เชิงเส้นได้ ในการเขียนแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการไดนามิกของระบบไฮดรอลิกในรูปแบบของสมการสถานะ วิธีที่ใช้กันทั่วไปคือการใช้ฟังก์ชันถ่ายโอนเพื่อให้ได้สมการฟังก์ชันสถานะ หรือใช้สมการเชิงอนุพันธ์ลำดับที่สูงกว่าเพื่อให้ได้ค่า สมการสถานะและแผนภาพพันธะพลังงานสามารถใช้เพื่อแสดงรายการสมการสถานะได้ วิธีการวิเคราะห์นี้ให้ความสำคัญกับการเปลี่ยนแปลงภายในของระบบที่วิจัย และสามารถจัดการกับปัญหาหลายอินพุตและหลายเอาต์พุต ซึ่งช่วยปรับปรุงข้อบกพร่องของวิธีการวิเคราะห์ฟังก์ชันการถ่ายโอนได้อย่างมาก

วิธีการวิเคราะห์ฟังก์ชันรวมถึงวิธีการวิเคราะห์ฟังก์ชันการถ่ายโอนและวิธีการวิเคราะห์พื้นที่สถานะเป็นพื้นฐานทางคณิตศาสตร์เพื่อให้ผู้คนเข้าใจและวิเคราะห์ลักษณะไดนามิกภายในของระบบไฮดรอลิก วิธีฟังก์ชันคำอธิบายใช้สำหรับการวิเคราะห์ ดังนั้นข้อผิดพลาดในการวิเคราะห์จึงเกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และมักใช้ในการวิเคราะห์ระบบอย่างง่าย

2.2 วิธีการจำลอง
ในยุคที่เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ยังไม่เป็นที่นิยม การใช้คอมพิวเตอร์แอนะล็อกหรือวงจรแอนะล็อกเพื่อจำลองและวิเคราะห์ลักษณะไดนามิกของระบบไฮดรอลิกก็เป็นวิธีการวิจัยที่ใช้งานได้จริงและมีประสิทธิภาพเช่นกัน คอมพิวเตอร์แอนะล็อกถือกำเนิดก่อนคอมพิวเตอร์ดิจิทัล โดยมีหลักการคือเพื่อศึกษาคุณลักษณะของระบบแอนะล็อกโดยอาศัยความคล้ายคลึงกันในคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของกฎการเปลี่ยนแปลงของปริมาณทางกายภาพที่แตกต่างกัน ตัวแปรภายในเป็นตัวแปรแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง และการทำงานของตัวแปรจะขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ในการทำงานที่คล้ายกันของคุณลักษณะทางไฟฟ้าของแรงดัน กระแส และส่วนประกอบในวงจร

คอมพิวเตอร์แอนะล็อกเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการแก้สมการเชิงอนุพันธ์สามัญ ดังนั้นจึงเรียกว่าเครื่องวิเคราะห์เชิงอนุพันธ์แบบแอนะล็อก กระบวนการไดนามิกส่วนใหญ่ของระบบกายภาพรวมถึงระบบไฮดรอลิกแสดงออกมาในรูปแบบทางคณิตศาสตร์ของสมการเชิงอนุพันธ์ ดังนั้นคอมพิวเตอร์แอนะล็อกจึงเหมาะสมมากสำหรับการวิจัยการจำลองระบบไดนามิก

เมื่อวิธีการจำลองทำงาน ส่วนประกอบการประมวลผลต่างๆ จะเชื่อมต่อกันตามแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของระบบ และการคำนวณจะดำเนินการแบบขนาน แรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตของส่วนประกอบการประมวลผลแต่ละรายการแสดงถึงตัวแปรที่สอดคล้องกันในระบบ ข้อดีของความสัมพันธ์ อย่างไรก็ตาม วัตถุประสงค์หลักของวิธีการวิเคราะห์นี้คือเพื่อให้แบบจำลองอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถใช้ในการวิจัยเชิงทดลองได้ แทนที่จะได้รับการวิเคราะห์ปัญหาทางคณิตศาสตร์ที่แม่นยำ ดังนั้นจึงมีข้อเสียร้ายแรงเนื่องจากความแม่นยำในการคำนวณต่ำ นอกจากนี้วงจรแอนะล็อกของมันมักจะมีโครงสร้างที่ซับซ้อน ทนทานต่อ ความสามารถในการรบกวนโลกภายนอกนั้นแย่มาก

2.3 วิธีการวิจัยเชิงทดลอง
วิธีการวิจัยเชิงทดลองเป็นวิธีการวิจัยที่ขาดไม่ได้ในการวิเคราะห์คุณลักษณะไดนามิกของระบบไฮดรอลิก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อไม่มีวิธีการวิจัยเชิงทฤษฎีเชิงปฏิบัติ เช่น การจำลองแบบดิจิทัล ในอดีตจะวิเคราะห์ได้ด้วยวิธีการทดลองเท่านั้น จากการวิจัยเชิงทดลอง เราสามารถเข้าใจคุณลักษณะไดนามิกของระบบไฮดรอลิกและการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องได้อย่างสัญชาตญาณและแท้จริง แต่การวิเคราะห์ระบบไฮดรอลิกผ่านการทดลองมีข้อเสียคือใช้เวลานานและมีต้นทุนสูง

นอกจากนี้ สำหรับระบบไฮดรอลิกที่ซับซ้อน แม้แต่วิศวกรที่มีประสบการณ์ก็ยังไม่แน่ใจอย่างเต็มที่ถึงการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่แม่นยำ ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะดำเนินการวิเคราะห์และวิจัยที่ถูกต้องเกี่ยวกับกระบวนการไดนามิกของระบบ ความถูกต้องของแบบจำลองที่สร้างขึ้นสามารถตรวจสอบได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยผสมผสานกับการทดลอง และสามารถให้คำแนะนำในการแก้ไขเพื่อสร้างแบบจำลองที่ถูกต้องได้ ในเวลาเดียวกันสามารถเปรียบเทียบผลลัพธ์ของทั้งสองโดยการจำลองและการวิจัยเชิงทดลองภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน วิเคราะห์เพื่อให้แน่ใจว่าข้อผิดพลาดของการจำลองและการทดลองอยู่ภายในช่วงที่ควบคุมได้ เพื่อให้วงจรการวิจัยสั้นลงและเกิดประโยชน์ สามารถปรับปรุงได้บนพื้นฐานของประสิทธิภาพและคุณภาพ ดังนั้น วิธีการวิจัยเชิงทดลองในปัจจุบันจึงมักถูกใช้เป็นวิธีที่จำเป็นในการเปรียบเทียบและตรวจสอบการจำลองเชิงตัวเลขหรือผลการวิจัยทางทฤษฎีอื่นๆ ของคุณลักษณะไดนามิกของระบบไฮดรอลิกที่สำคัญ

2.4 วิธีการจำลองแบบดิจิทัล
ความก้าวหน้าของทฤษฎีการควบคุมสมัยใหม่และการพัฒนาเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ได้นำเสนอวิธีการใหม่ในการศึกษาลักษณะไดนามิกของระบบไฮดรอลิก นั่นคือวิธีการจำลองแบบดิจิทัล ในวิธีนี้ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการระบบไฮดรอลิกจะถูกสร้างก่อน และแสดงโดยสมการสถานะ จากนั้นจึงได้รับคำตอบโดเมนเวลาของตัวแปรหลักแต่ละตัวของระบบในกระบวนการไดนามิกบนคอมพิวเตอร์

วิธีการจำลองแบบดิจิทัลเหมาะสำหรับทั้งระบบเชิงเส้นและระบบไม่เชิงเส้น สามารถจำลองการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ของระบบภายใต้การทำงานของฟังก์ชันอินพุตใดๆ จากนั้นจึงทำความเข้าใจกระบวนการไดนามิกของระบบไฮดรอลิกโดยตรงและครอบคลุม ประสิทธิภาพแบบไดนามิกของระบบไฮดรอลิกสามารถคาดการณ์ได้ในขั้นตอนแรก เพื่อให้สามารถเปรียบเทียบ ตรวจสอบ และปรับปรุงผลการออกแบบได้ทันเวลา ซึ่งสามารถรับประกันได้อย่างมีประสิทธิภาพว่าระบบไฮดรอลิกที่ออกแบบนั้นมีประสิทธิภาพการทำงานที่ดีและความน่าเชื่อถือสูง เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการและวิธีการอื่นๆ ในการศึกษาสมรรถนะไดนามิกของไฮดรอลิก เทคโนโลยีการจำลองแบบดิจิทัลมีข้อดีในด้านความแม่นยำ ความน่าเชื่อถือ ความสามารถในการปรับตัวที่แข็งแกร่ง รอบระยะสั้น และการประหยัดที่ประหยัด ดังนั้นวิธีการจำลองแบบดิจิทัลจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการวิจัยประสิทธิภาพไฮดรอลิกไดนามิก

3. ทิศทางการพัฒนาวิธีวิจัยลักษณะทางไฮดรอลิกไดนามิก

ด้วยการวิเคราะห์เชิงทฤษฎีของวิธีจำลองแบบดิจิทัล ผสมผสานกับวิธีวิจัยในการเปรียบเทียบและตรวจสอบผลการทดลอง จึงกลายเป็นวิธีหลักในการศึกษาคุณลักษณะทางไฮดรอลิกไดนามิก นอกจากนี้ เนื่องจากความเหนือกว่าของเทคโนโลยีการจำลองแบบดิจิทัล การพัฒนางานวิจัยเกี่ยวกับคุณลักษณะไดนามิกไฮดรอลิกจึงจะถูกบูรณาการอย่างใกล้ชิดกับการพัฒนาเทคโนโลยีการจำลองแบบดิจิทัล การศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับทฤษฎีการสร้างแบบจำลองและอัลกอริธึมที่เกี่ยวข้องของระบบไฮดรอลิก และการพัฒนาซอฟต์แวร์จำลองระบบไฮดรอลิกที่ง่ายต่อการสร้างแบบจำลอง เพื่อให้ช่างเทคนิคไฮดรอลิกสามารถทุ่มเทพลังงานมากขึ้นในการวิจัยงานสำคัญของระบบไฮดรอลิกคือ การพัฒนาสาขาการวิจัยลักษณะทางไฮดรอลิกไดนามิก ทิศทางใดทิศทางหนึ่ง

นอกจากนี้ เมื่อพิจารณาถึงความซับซ้อนขององค์ประกอบของระบบไฮดรอลิกสมัยใหม่ ปัญหาทางกล ไฟฟ้า และแม้แต่นิวแมติกมักเกี่ยวข้องกับการศึกษาคุณลักษณะแบบไดนามิก จะเห็นได้ว่าการวิเคราะห์แบบไดนามิกของระบบไฮดรอลิกบางครั้งเป็นการวิเคราะห์ปัญหาอย่างครอบคลุมเช่นระบบไฮดรอลิกส์แบบเครื่องกลไฟฟ้า ดังนั้น การพัฒนาซอฟต์แวร์จำลองไฮดรอลิกสากล รวมกับข้อดีตามลำดับของซอฟต์แวร์จำลองในสาขาการวิจัยต่างๆ เพื่อให้บรรลุการจำลองข้อต่อหลายมิติของระบบไฮดรอลิกจึงกลายเป็นทิศทางการพัฒนาหลักของวิธีการวิจัยลักษณะไดนามิกไฮดรอลิกในปัจจุบัน

ด้วยการปรับปรุงข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของระบบไฮดรอลิกสมัยใหม่ ระบบไฮดรอลิกแบบดั้งเดิมเพื่อให้วงจรการทำงานที่กำหนดไว้ล่วงหน้าของแอคชูเอเตอร์สมบูรณ์และตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพคงที่ของระบบไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้อีกต่อไป ดังนั้นจึงจำเป็นต้องศึกษาลักษณะไดนามิกของ ระบบไฮดรอลิก

บนพื้นฐานของการอธิบายสาระสำคัญของการวิจัยเกี่ยวกับคุณลักษณะไดนามิกของระบบไฮดรอลิก บทความนี้แนะนำรายละเอียดวิธีการหลัก 4 วิธีในการศึกษาคุณลักษณะไดนามิกของระบบไฮดรอลิก รวมถึงวิธีการวิเคราะห์ฟังก์ชัน วิธีจำลอง การวิจัยเชิงทดลอง วิธีการและวิธีการจำลองแบบดิจิทัล รวมถึงข้อดีและข้อเสีย ชี้ให้เห็นว่าการพัฒนาซอฟต์แวร์จำลองระบบไฮดรอลิกที่ง่ายต่อการสร้างแบบจำลองและการจำลองร่วมของซอฟต์แวร์จำลองหลายโดเมนเป็นทิศทางการพัฒนาหลักของวิธีการวิจัยลักษณะไดนามิกไฮดรอลิกในอนาคต