Методика побудови структурно-імітаційних математичних моделей компонентів систем гідроприводу

Abstract

Аналіз відомих підходів до побудови математичних моделей дозволив виявити їх схожість на загальному рівні і основну проблему їх розробки. Проблема полягає у значних втратах часу і фахових ресурсів внаслідок великої кількості ітеративних циклів забезпечення адекватності моделі. В роботі наведено методику побудови математичних моделей робочих процесів компонентів систем гідроприводу. Особливістю методики є використання у якості основи моделі змістовної структури процесу функціонування об'єкту моделювання. Для виявлення в процесі дій об'єкту такої структури і перевірки її відповідності реальним процесам використано ряд критеріїв. Таким критеріями є – досяжність запланованого результату (продуктивність); циклічна повторюваність процесу (замкненість); логічна визначеність процесу (достатність). Відповідність структури моделі вказаним критеріям забезпечує, на понятійному рівні, її адекватність структурі процесу функціонування реального об'єкту. Математичний опис моделі будується шляхом наповнення імітаційної структури описами елементарних процесів та їх логічних взаємозв'язків. Імітація процесу функціонування виконується у вигляді нескінченого циклу відповідно до структури та математичного опису у формі програмного коду в операційному середовищі комп'ютера. Використання методики дозволяє скоротити терміни розробки математичних моделей за рахунок зменшення часу отримання її коректної версії. Працездатність розробленої методики перевірено на прикладі її застосування для побудови моделі функціонування гідравлічного демпферу. Побудовану модель перевірено на коректність та стійкість за допомогою серії експериментів. Серед яких є: визначення реакції демпферу на дію зовнішньої сили, яка змінювалась за ступінчатим законом, перевірка стійкості роботи моделі при зміні величини такту циклічного процесу моделювання та різних параметрах демпферу, перевірка стійкості роботи моделі в жорстких експлуатаційних умовах, та інші. Результати експериментів підтвердили працездатність методики і коректність математичної моделі.

Analysis of known approaches to building mathematical models allowed us to identify their similarity at the general level as well as the main problem of their development. The problem is related to the necessity of significant time and professional resources due to a large number of iterative cycles needed to ensure model adequacy. The work deals with the methodology of building mathematical models of operational processes of hydraulic drive systems components. The specific feature of the methodology is application as a basis for the model of the meaningful operation structure of the modelled object. A series of criteria was used to verify its compliance with the real processes. Such criteria included achievability of the expected results (efficiency); cyclic recurrence of the process (closed process); logical certainty of the process (sufficiency). The compliance of the model structure with these criteria enabled ensuring at the conceptual level its adequacy to the process of the real object operation. The mathematical description of the model has been built by filling the simulation structure with the descriptions of elementary processes and their logical relationships. The simulation of the operation process has been performed in an infinite cycle in accordance with the structure and mathematical description in the form of program code in the computer operating environment. Methodology application enabled reducing the time required to get its correct version. The efficiency of the developed methodology has been checked on the example of its application for building the hydraulic damper operation model. The developed model was tested to check the correctness and stability by performing a series of experiments. They included: determining the response of the damper to external forces, which varied according to the step law, checking the model stability when changing a step of the cyclic modelling process and various damper parameters, checking the stability of the model in harsh operating conditions, etc. The results of the experiments confirmed the efficiency of the methodology and the correctness of the mathematical model.