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附件1：外文資料翻譯譯文
人工智能的應(yīng)用工程13（2000）741-750
控制系統(tǒng)中的液壓驅(qū)動器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析
本諾斯坦，愛爾馬菲爾
帕德博恩大學(xué)數(shù)學(xué)系和計(jì)算機(jī)科學(xué)系，出版D-33095，德國大學(xué)
杜伊斯堡大學(xué)測量系和控制系，出版D-47048，德國大學(xué)
摘要 在目前，液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜而費(fèi)時(shí)的工作，不能完全實(shí)現(xiàn)自動化。不過，像模擬或控制的重要概念性設(shè)計(jì)任務(wù)，可以有效地選擇由一臺電腦支配。成功支配的前提是要一個(gè)有根據(jù)的分析結(jié)構(gòu)的液壓系統(tǒng)。本文分析不同結(jié)構(gòu)層次的液壓系統(tǒng)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信息以此說明在設(shè)計(jì)過程的運(yùn)用。本文的另一個(gè)重要點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)信息從圖形的方式，來理論研究相關(guān)的電路圖。相關(guān)學(xué)院版權(quán)所有2000。
關(guān)鍵詞：計(jì)算和知識為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法，對液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析，圖形研究
1．導(dǎo)言
靜液壓驅(qū)動器提供了有利的動力特性，為此成為在工業(yè)應(yīng)用的主要驅(qū)動的力量。大型液壓系統(tǒng)，如植物的海洋技術(shù)以及機(jī)床驅(qū)動，擁有大量的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此，單一的部件或整個(gè)子系統(tǒng)可能會出現(xiàn)復(fù)雜的相互依賴性，從而使得一系列嚴(yán)格的設(shè)計(jì)及其各種控制任務(wù)具有挑戰(zhàn)性。像這方面的復(fù)雜性和尺寸，圖1就是代表性的例子。
圖 1.冷軋廠液壓電路圖。
圖1顯示了一個(gè)冷軋廠電路圖（706室，1994-1995年）。這里有20多個(gè)驅(qū)動器在連續(xù)鋼帶工作。
設(shè)計(jì)這種大型液壓控制系統(tǒng)意味著設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的過程。實(shí)際上，根據(jù)直覺和人們設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，這樣做是比較準(zhǔn)確的。本文介紹了一種液壓驅(qū)動器的基本結(jié)構(gòu)，以及依賴關(guān)系和子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)。這種方法可以進(jìn)行徹底地結(jié)構(gòu)性分析從而可以從設(shè)計(jì)過程的自動化得出基本結(jié)論。
本文的方案已經(jīng)實(shí)現(xiàn)并支持了一個(gè)以技術(shù)知識為基礎(chǔ)系統(tǒng)集成的水力設(shè)計(jì)（斯坦，1995年）。目前，本設(shè)計(jì)結(jié)合了CAD的基本針對射流，來檢查和計(jì)算分析結(jié)構(gòu)，設(shè)施模擬方法和處理基本設(shè)計(jì)規(guī)則。
水力知識的設(shè)計(jì)，需要從電路圖出發(fā)定義并且從信息結(jié)構(gòu)中提取。本文在這方面作出介紹，舉例如下。第2節(jié)介紹了這兩種定義和規(guī)范是在液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次運(yùn)作。第3節(jié)布里簡要討論分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。第4節(jié)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)準(zhǔn)確地分析并確定不同類型的液壓系統(tǒng)之間的功能。此外，還介紹了如何進(jìn)行自動化結(jié)構(gòu)分析。第5節(jié)概述了結(jié)構(gòu)信息設(shè)計(jì)。
2．液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析
大部分液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是通過利用的經(jīng)驗(yàn)和工程師的直覺。由于缺乏對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)深入的分析，沒有進(jìn)行結(jié)構(gòu)上分析。相反，使用有限的系統(tǒng)指令可能是一個(gè)解決辦法，所以結(jié)果高度依賴個(gè)人的能力而定。這種做法只通常適合變化不大設(shè)計(jì)任務(wù)。
下面，植物系統(tǒng)學(xué)液壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)介紹，體現(xiàn)出了系統(tǒng)分析的問題。其應(yīng)用到的液壓驅(qū)動初步設(shè)計(jì)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)信息處理，使系統(tǒng)滿足客戶的需求，從而進(jìn)行有針對性的推導(dǎo)。
2.1．液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次
該系統(tǒng)學(xué)發(fā)展的重點(diǎn)體現(xiàn)在三個(gè)層次（菲爾等。1996）。系統(tǒng)描述功能結(jié)構(gòu)，組成結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)分化的理論結(jié)構(gòu)三者之間對應(yīng)的不同特點(diǎn)（圖2）。從這些不同點(diǎn)中總結(jié)出對系統(tǒng)的影響。
我們將集以冷軋廠四輥的立場樣本子系統(tǒng)描繪圖為重點(diǎn)來說明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次。圖3（1994年）。
圖3.冷軋廠安裝四輥立場圖。
要顯示的功能結(jié)構(gòu)一定要通過分析（函數(shù)）不同植物對液壓系統(tǒng)運(yùn)行的基本模式。描述某種物體的質(zhì)量系統(tǒng)關(guān)鍵因素在功能結(jié)構(gòu)，例如“液壓軸”的定義。
定義2.1（液壓軸）。A是用來實(shí)現(xiàn)整個(gè)液壓函數(shù)的液壓軸。 A是用來實(shí)現(xiàn)工作鏈接，相互控制的作用和供應(yīng)因素（菲爾，1996年）。
圖4.立場描述了其功能等級。
圖5.安排結(jié)構(gòu)的例子（a，b）和開關(guān)狀態(tài)結(jié)構(gòu)（c，d）。
圖6.說明在輥立場組件級別。
圖4中體現(xiàn)了一個(gè)水平滾動功能。第3節(jié)總結(jié)出液壓軸的探測及其相互依賴性。
以組件的結(jié)構(gòu)選擇上的一個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)的過程進(jìn)行討論。這種過程的結(jié)構(gòu)包括對液壓元件（泵，閥，缸等）以及它們理論幾何安排（圖5-a和5-b）。通過開關(guān)狀態(tài)結(jié)構(gòu)控制的可能組合整體特點(diǎn)是：閥門，例如，可以打開或關(guān)閉（圖5-c和5-d）。圖7揭示了系統(tǒng)理論結(jié)構(gòu)的級別。
圖7.說明水平輥立場系統(tǒng)理論。
該系統(tǒng)的理論架構(gòu)包含了一個(gè)整體及其單個(gè)部件液壓驅(qū)動的動態(tài)行為信息。描述動態(tài)的常見方法是差分和差分方程或狀態(tài)空間形式。（施瓦茨，1991）系統(tǒng)的理論觀點(diǎn)，包括處理控制數(shù)量的資料，以及控制系統(tǒng)的動態(tài)行為。在圖中體現(xiàn)了系統(tǒng)的理論架構(gòu)。
通過比較分析，并在該驅(qū)動器的性能要求仿真得出結(jié)論，才能決定是否為開環(huán)或閉環(huán)控制每個(gè)液壓軸。進(jìn)一步的措施就是分配適當(dāng)控制策略（線性，非線性等）（出版，1992-1994年）。
備注。雖然結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了質(zhì)的代表，分別更加定量地描述系統(tǒng)組件和液壓系統(tǒng)的水平。此外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯示分析對液壓設(shè)備的行為有很多的影響（參照圖2）：（1）首先，由于它是要符合客戶的需求，所以功能結(jié)構(gòu)必須被視為不變的考慮因素。只有在特定結(jié)構(gòu)令人滿意的情況下，修改特定機(jī)構(gòu)的分析方法才是可取的；（2）要注意到，組件要啟發(fā)式和分析方法相結(jié)合并和用來更改或交換的液壓元件構(gòu)成控制系統(tǒng)；（3）系統(tǒng)理論水平有助于對動態(tài)行為的研究：理論控制提供了一個(gè)合適的控制策略，并且選擇了參數(shù)化等分析方法
2.2．液壓軸及其連接
液壓軸結(jié)構(gòu)的分析對液壓系統(tǒng)的檢測和評價(jià)都是圍繞系統(tǒng)利益的。這些分析有助于更加深入了解各個(gè)部分的內(nèi)在相關(guān)性，并提供能源概述流動方面應(yīng)遵守的規(guī)定。
在2.1節(jié)中考慮到液壓軸的定義的共同特點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)單一功能單元為標(biāo)準(zhǔn)。請注意，有些執(zhí)行機(jī)構(gòu)（液壓馬達(dá)/缸）可能會起到同樣的功能，形成一個(gè)單一的（圖）液壓軸。這種情況給人的印象是：（1）相同的子電路是由單一的控制元件控制；（二）同步進(jìn)行的運(yùn)動，是由開環(huán)或閉環(huán)控制，或（如圖8-c,8-d）如單位指向和機(jī)械齒輪聯(lián)軸器執(zhí)行一個(gè)獨(dú)特的運(yùn)動。
圖8.多執(zhí)行器液壓軸。
除了獨(dú)立液壓軸的考慮，有必要進(jìn)行調(diào)查其相互依賴性。以下類型的耦合已規(guī)定：
0級（無耦合。）液壓無軸具有耦合，如果沒有壓力，它們之間就沒有信息聯(lián)系。
1級（信息耦合。）信息耦合是唯一由液壓控制連接軸連接的。
2級（并行耦合。）擁有自主進(jìn)入一個(gè)共同的電力供應(yīng)液壓軸耦合并行。
3級（系列聯(lián)軸器。）一系列耦合連接的電源（或裝置）是通過之前或以下軸實(shí)現(xiàn)液壓軸。
4級（順序耦合。）順序耦合給出，如果一系列軸性能取決于狀態(tài)變量，例如：壓力或前一個(gè)工作，以便在序列上定位。
冷軋廠的圖運(yùn)用功能結(jié)構(gòu)的概念，以及他們的液壓軸聯(lián)軸器。左側(cè)的圖是一方面。設(shè)想了圖中結(jié)構(gòu)部分的軸，右邊顯示了一個(gè)整體形式耦合方案。
3．結(jié)構(gòu)分析的優(yōu)點(diǎn)
基本的設(shè)計(jì)方案體現(xiàn)液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的分析。尤其是功能分析，這是一個(gè)將其修改簡化，擴(kuò)展和適應(yīng)系統(tǒng)的液壓軸檢測方法。（斯坦，1996年）。
將液壓軸分開處理，明顯減少了在以下幾方面的設(shè)計(jì)工作：
智能仿真。智能模擬策略是分析復(fù)雜的系統(tǒng)：確定子系統(tǒng)，降低自由度，并進(jìn)行自主模擬。這種方法減少了仿真的復(fù)雜性并簡化其結(jié)果說明。因?yàn)樗麄兪峭耆豢煞指畹囊徊糠郑砸簤狠S建立要符合子系統(tǒng)降低自由度。
靜態(tài)設(shè)計(jì)。移動概念的液壓軸信息（開/關(guān)中心，負(fù)荷傳感， 再生電路等）可以進(jìn)行計(jì)算與靜態(tài)設(shè)計(jì)（沃爾特，1981;佩措爾德和赫明，1989年）的程序選擇。此外，改裝應(yīng)用要考慮軸耦合知識水平。
控制概念選擇。輸入和輸出變量之間的耦合選擇在提供控制概念的基礎(chǔ)上考慮作出必要的決定。分析矩陣D（施瓦茨，1991年）在這產(chǎn)生一個(gè)共同的方案。請注意，可處理的系統(tǒng)任務(wù)是有限的。提供的結(jié)構(gòu)分析功能：（1）SISO系統(tǒng)，可以應(yīng)用，以及分離各控制器的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法（2）降低秩序，為此，可以有效的研究更多電子耦合的子系統(tǒng)。
診斷。假設(shè)一個(gè)軸，有一個(gè)液壓回路納入其液壓軸，診斷重點(diǎn)的過程可以按以下分析：如果發(fā)現(xiàn)只是一個(gè)單體液壓軸有癥狀，然后缺陷部件必定是這個(gè)軸心的組成部分。如果癥狀觀察到幾個(gè)軸，軸耦合類型會就進(jìn)一步分析缺陷部件。黑塞和斯蒂（1998）描述這個(gè)系統(tǒng)設(shè)置已經(jīng)投入運(yùn)行了。
請注意，液壓軸之間的聯(lián)接器的智能分類形式是可以無論其是否為水力設(shè)計(jì)分解。雖然級別0或1級耦合的子系統(tǒng)是可以縮短自由度，更多的信息并行是有必要的，系列、連續(xù)聯(lián)軸器。例如：A，B兩個(gè)液壓軸。
4．圖的液壓驅(qū)動器的理論分析
對液壓驅(qū)動器進(jìn)一步分析的主要原因是自動檢測功能結(jié)構(gòu)的不足，其原因在于他們連接的液壓軸。 請注意，在通常的設(shè)計(jì)過程中，液壓軸沒有明確的構(gòu)建模塊。這有兩方面原因：（1）設(shè)計(jì)上自上而下的方式，液壓系統(tǒng)，從液壓軸開始，到隨后的步驟完善并總是這樣的。（2）無論是源于經(jīng)驗(yàn)還是設(shè)計(jì)師自動源結(jié)構(gòu)功能，都能夠能夠興建組件級液壓系統(tǒng)。此外，指定一個(gè)液壓系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)主要工作是設(shè)計(jì)技術(shù)圖紙文件，也沒有傳統(tǒng)的或標(biāo)準(zhǔn)化的方法。這就強(qiáng)調(diào)了結(jié)構(gòu)信息需要進(jìn)行的自動檢測。進(jìn)一步分析，就是一個(gè)圖論問題，并在下面，我們就會回到一些基本圖形，如重圖，路徑，或有關(guān)的理論概念組成部分。這些概念用于標(biāo)準(zhǔn)的方式，和我們闡述的主要思想不可以作為專家在圖論的理解。第4.3節(jié)我們給讀者提供了所使用定義的簡短介紹。
4.1．耦合類型的層次結(jié)構(gòu)
4.2．開始鑒定運(yùn)作液壓軸
4.3．從圖定義理論
從之前的圖論中，已在本文中基本的定義。為了深入研究，有興趣的讀者可以參考相關(guān)文獻(xiàn)（例如莫爾納等，1990；容尼克爾，1990年；麥克霍格，1990年）。