【正文】 CI 一 FlexMotion 一 6C ） 以及數(shù)據(jù)采集卡 ( PCI 一 MIO 一 16E 第 25 頁(yè) 一 l ）。所以在實(shí)驗(yàn)之前一定要 對(duì)電流變材料第 26 頁(yè) 進(jìn)行篩選。因外加高壓電場(chǎng)而引起的漏導(dǎo)功率可用如下公式表示： We=JSU=J(Sh)E 又因)1()1(98)(32)(2)(32818241422313212323142413231rrrrrrhrrrrrhrrWrTuTr yyy ?????????????????? ????????? We= Wr ETTrJ y ))((89 2 ??? 而 r1r2 所以得 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果 電 流變液體的強(qiáng)度和屈服應(yīng)力 受溫度 影響 較大 ，在電場(chǎng)強(qiáng)度不變的情況下， ER 流體的強(qiáng)度大體上隨 著 溫度的升高而增大，這一點(diǎn)已 經(jīng) 被 Cinrad 等人用聚硅酮油加沸石的電流變液體所證明。當(dāng)上面這些參數(shù)確定 以 后，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性只與外加電場(chǎng)有關(guān) 波紋盤 和 平盤 在不同高壓下的輸出力矩平均值比較第 28 頁(yè) 及波紋盤和平盤輸出力矩的放大倍數(shù) 表示了 在外加電場(chǎng)不斷變化的時(shí)候 ，輸出力矩受之影響曲線。 因此 本文從人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理出發(fā)，建立了電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。 目前高性能電流變液體的研制已 經(jīng)成了 電流變技術(shù)能否獲得發(fā)展的關(guān)鍵， 如果 沒(méi)有性能良好的液體，工程應(yīng)用研究 和 機(jī)理研究 都將受到致命的影響 。本文通過(guò) 比較 與 測(cè)量平盤 和 波紋盤的輸出力矩來(lái)突出波紋盤的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了 改變傳動(dòng)器的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)增大 ERF 傳遞力矩的目的。 左右 盤的旋轉(zhuǎn)速率維持不變?yōu)?60 minr 為了便于比較實(shí)驗(yàn) 。由于 福建地屬沿海地帶，空氣的絕緣系數(shù) 很小小，因此 在往裝置中添加完電流變液后， 一定要完全密封，并且 不能 夠 讓電流變液暴露在空氣中。同樣因?yàn)樾盘?hào)的 轉(zhuǎn)速 與 頻率 成正比，所以轉(zhuǎn)速 n的測(cè)量就轉(zhuǎn)換成了信號(hào)頻率 f的測(cè)量， 頻率 和 轉(zhuǎn)速 之間成線性關(guān)系， 就是 : n=K2f+b2 電流變材料的選擇 目前評(píng)價(jià)電流變液體性能的指標(biāo)體系 在國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有制訂出統(tǒng)一的 。整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)由圖形化軟件開發(fā)平臺(tái)一 LabVIEW 開發(fā)的程序控制管理。 諾 依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的執(zhí)行方式 不再一樣 。網(wǎng)絡(luò)輸入層到隱含層及隱含層到輸出層的權(quán)值和閉值見(jiàn)下表表 2 所示。 網(wǎng)絡(luò)的輸入值 用樣本的輸入值 ， 求出網(wǎng)絡(luò)的輸出值。就是 對(duì)于輸入 /理想輸出對(duì) p，權(quán)值按下式進(jìn)行調(diào)整 : 但 在 BP 模型中， 我們引進(jìn)了中間隱含神經(jīng)元層，因 中間隱含神經(jīng)元層的 輸出誤差不能直接計(jì)算 ，所以 不能直接采用 Delta 學(xué)習(xí)算法來(lái)訓(xùn)練 BP模型。在調(diào)節(jié)權(quán)值時(shí)采用訓(xùn)練期 (ePoch)的學(xué)習(xí)方式，就是對(duì)每個(gè)模式要計(jì)算出權(quán)重誤差導(dǎo)數(shù)，直到該訓(xùn)練期結(jié)束時(shí)才累加， 此時(shí)才計(jì)算權(quán)重變化 ，并把它加到實(shí)際的權(quán)重?cái)?shù)組上，每個(gè)周期只做一次。從而信息就從一個(gè)神經(jīng)元傳送到另一個(gè)神經(jīng)元中。樹突 :細(xì)胞體的伸延部分產(chǎn)生的分枝，它是接受從其它神經(jīng)元傳來(lái)的信息的入口。 BP網(wǎng)絡(luò)主要用處 :函數(shù)逼近 :用輸入矢量和相應(yīng)的輸出矢量訓(xùn)練一個(gè)網(wǎng)絡(luò)逼近一個(gè)函數(shù) 。各種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型都 有 以下 三個(gè)共同的特點(diǎn) : 一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由很多非線性處理單元組成，每個(gè)單元有多個(gè)輸出 及 輸入 通道，經(jīng)由輸入通道加載到處理單元中的信號(hào)經(jīng)加權(quán)求和與非線性轉(zhuǎn)換，形成 了單一的輸出信號(hào) 并經(jīng)輸出通道傳到其它處理單元。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 通過(guò)實(shí)踐進(jìn)行學(xué)習(xí)的能力， 具有自適應(yīng)的能力，具有容錯(cuò)、抗干擾 和 自修復(fù)等能力。 轉(zhuǎn)盤 和 塑料套 、 支座 和 轉(zhuǎn)盤 之間分別采用 Yx 型孔用、軸用密封圈來(lái)進(jìn)行密封，使電流變液體不能溢出腔體內(nèi)部 ?？紤]到轉(zhuǎn)盤本身地結(jié)構(gòu)特征，在設(shè)計(jì)中采取將轉(zhuǎn)盤內(nèi)部、曲面盤的外部邊緣凸出一處的結(jié)構(gòu) — 轉(zhuǎn)盤的中部有三個(gè)電流變 液體的流通孔、曲面盤固定四個(gè)螺釘孔。 由于在 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 工作時(shí)，需要考慮到電流變液 的泄漏 等問(wèn)題， 還必須考慮到絕 緣的問(wèn)題。因?yàn)閷?duì)于任意信號(hào)輸入，主動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速一定，并比輸入信號(hào)快。 在結(jié)構(gòu)中，整個(gè)機(jī)構(gòu)由左、右兩個(gè)有機(jī)玻璃座支撐，而且轉(zhuǎn)盤和中間盤是和 外界嚴(yán)格密封，它們中間有一個(gè)很小的間隙， 我們?cè)陂g隙中間充滿了電流變液體。此研究 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題為 :在 以波紋端面的曲面研究為中心 的基礎(chǔ)上 ，進(jìn)行流體力學(xué)、電液控制規(guī)律、材料性能篩選和機(jī)構(gòu)性能等研究。機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 。電流變液體制成的液體流量和壓力的控制器， 還具有的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于生產(chǎn)，制造過(guò)程無(wú)精密加工的要求，相對(duì)于一般的液壓控制閥 可省去有磨擦運(yùn)動(dòng)的零件和精密加工的零件。輸出量是輸出角度 0? 反饋是 :? , 0? 。佯謬的出現(xiàn)可以知道使用模型過(guò)于理想化，己不能正確描述問(wèn)題的物理本質(zhì)。由于電流變液是非牛頓流體， 目 前應(yīng)用領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵問(wèn)題是如何提高電流變液傳遞力矩 。我們?yōu)榱?得到二維的規(guī)劃目標(biāo)函數(shù) F 的優(yōu)化模型 引入了權(quán) ： 設(shè)計(jì)變量為 r=[r1 r2]T ???????????????ifiririrtsfiiFiiDri???0m in21m a x..m in 第 10 頁(yè) 從圖 可看出， 當(dāng) 最優(yōu)點(diǎn) 根據(jù) ii??, 的值而變化 的時(shí)候，需要 力矩放大系數(shù)較大， 這樣 rl、r2 較大 。 由上式可見(jiàn) ，單位轉(zhuǎn)動(dòng)慣量傳遞的轉(zhuǎn)矩 Ftj 與內(nèi)外徑 r rl 的關(guān)系為隨內(nèi)徑 外徑 rl 的增大，函數(shù) Ftj 減少。設(shè) ? 和 ? 分別為主、從盤的角速度 。 可將 ER 機(jī)構(gòu) 可根據(jù)電流變流體在機(jī)構(gòu)中的流動(dòng)形態(tài)分為 流 動(dòng)模式、剪切模式及擠壓模式 這三種類型 。 本課題研究意義 本課題研發(fā)了 一種 其中一個(gè)盤的端面為曲面 ，使流體在旋轉(zhuǎn)時(shí)受到剪切和擠壓的復(fù)合作用能增大裝置傳遞轉(zhuǎn)矩或力 的 波紋端面的圓盤式電流變傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)， 它是一種機(jī)電液傳動(dòng)與控制裝置。 Inouee 等人認(rèn)為 ，如果把 液晶原用柔性的分子鏈連接起來(lái)， 就能克服液晶原之間的相互作用弱而引起電流變效應(yīng)弱，因此 制備了一系列液晶聚合物電流 變液，克服了小分 子液晶電流變效應(yīng)弱、對(duì)溫度穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。 相對(duì)于無(wú)機(jī)物來(lái)說(shuō) ，有機(jī)物和高聚物做成的電流變液 由于沉淀性能較好， 因此設(shè)備磨損小的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)獲得的 剪切應(yīng)力 較大，缺點(diǎn)是 電流密度較大 。 而且這樣的模型對(duì) 電流變液的響應(yīng)時(shí)間 語(yǔ)言不夠準(zhǔn)確，又 不能描述電流變懸浮液的非歐姆響應(yīng) 。sasy FNA??。 在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候 是將水化的高均勻玻璃珠放進(jìn)硅油中制成電流變液樣品，接下來(lái)把單模激光光束照射在“柱”上，對(duì) 衍射光 斑 進(jìn)行觀察 。由此而得臨界 電場(chǎng)為 )2(3 62 fnnKT ??? 當(dāng)考慮了體系的自由能 ，電流變液的臨界電場(chǎng) 變?yōu)?fe VKTE ????? 22)1(8 ?? 當(dāng) E Ee 時(shí)，電流變液體系呈固態(tài)； E Ee 時(shí)，體系為液態(tài)。 大量的研究表明，粒子的極化有在粒子內(nèi)部的極化，包括電子云極化、偶極子轉(zhuǎn)向極化和離子極化和 在粒子與 基礎(chǔ)液接觸處的界面極化，最主要的形式是雙電層極化，這 兩種可能 。用以下的公式來(lái)描述，即)(Eddu Rhv ?? ?? ? ― 液體流動(dòng)中所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力或流動(dòng)阻力； R? ― ER 液體在電場(chǎng)作用下，逐步固化或稠化所引起的剪切應(yīng)力，通常稱作電致屈服應(yīng)力； u― 塑性粘度； dhdv ― 液體在與流動(dòng)垂直方向上，單位距離上的速差或剪切速率 。 很多學(xué)者 認(rèn)為 ER 流體在外加靜電場(chǎng)的作用下，均勻懸浮 的電介質(zhì)粒子產(chǎn)生極化，被極化的粒子相互吸引，按電場(chǎng)方向形成規(guī)則的鏈狀結(jié)構(gòu)，破 壞了未加電場(chǎng)時(shí)的布朗運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 同時(shí)使 液體的粘性 增加， 產(chǎn) 生屈服強(qiáng)度 ，這是場(chǎng)致極化理論 。 基礎(chǔ)液的絕緣性應(yīng)越高越好， 提高 施加的電壓，增強(qiáng)電流變效應(yīng)，而且通過(guò)兩極間的電流小，其控制電功率也就降低了 。本文通過(guò)對(duì)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析， 同時(shí) 對(duì)波紋式與平盤式電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出力矩 也 進(jìn)行 了比較，最終得到 波紋式要比平盤式所傳遞的力矩大十倍的結(jié)論。第 1 頁(yè) 盤式電流變傳動(dòng) 機(jī)構(gòu) 的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)分析 摘要： 在機(jī)電應(yīng)用領(lǐng)域有 一門新興學(xué)科 電流變技術(shù) 。本文也是 基于此， 為了 完成對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的識(shí)別和驗(yàn)證， 利用 BP 算法的多層前饋網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)能力 ，由此 建立可靠的波紋式電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模型， 這樣就可以使 進(jìn)一步的基礎(chǔ)理論研究 容易進(jìn)行 。 為了使電流變技術(shù)在 工程 方面具有應(yīng)用價(jià)值，電流變流體的性能要滿足以下要求 ，即： 在電場(chǎng)作用下，流體的粘度 增加 的要明顯，就是要有明顯的電流變效應(yīng)，而且 達(dá)到固化狀態(tài)的電場(chǎng)的電壓越低越好。 電流變效應(yīng)的機(jī)理及機(jī)制研究 電流變效應(yīng)的機(jī)理 ER 效應(yīng)的作用機(jī)理 反面，有很大爭(zhēng)議 。 從宏觀的角度 ， ER 效應(yīng)是在電場(chǎng)作用下，液體的流動(dòng)阻力或剪切應(yīng)力逐步變化和增加的過(guò)程。但是，在流動(dòng)狀態(tài)下的電粘效應(yīng) 不能忽略有強(qiáng)電粘 效應(yīng)的基礎(chǔ)液，流動(dòng)狀態(tài)下能產(chǎn)生 隨剪切速率增大而增高的剪切力。 由此可知電流變液的本質(zhì) 是電場(chǎng)導(dǎo)致的固化。偶極矩相互作用取極小為，進(jìn)行理論計(jì)算，可得結(jié)果，固體顆粒要是 均勻的球狀顆粒 的話， 電流變液固態(tài)的理想結(jié)構(gòu)是體心四方 ]2[)(bct 。y，這里 Fs= aF sin? , m ax39。 電流變效應(yīng)的線性模型是極化模型的本質(zhì) ， 簡(jiǎn)化的極化模型是無(wú)法包含 自由電荷的存 在 、交流極化機(jī)制以及與時(shí)間有關(guān)的現(xiàn)象 。 比電場(chǎng)為零時(shí) 提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，室溫下的電流密度在 2KV / mm 時(shí)小于 202cmA?。 A 另外，有學(xué)者指出，液晶的稀溶液作為第 7 頁(yè) 懸浮液體系電流變液的分散介質(zhì) 大幅度提高 了 電流變效應(yīng)。加電場(chǎng)時(shí)，這種懸浮液的流動(dòng)狀態(tài)和流體的屬性有了很大變化，液體的表觀粘度會(huì)隨電場(chǎng)的增大而增大 ， 當(dāng)電場(chǎng)達(dá)到一定值是就會(huì)變成固體，表現(xiàn)出固體所特有的屈服現(xiàn)象并且能 保持流體自身 形狀或具有一定的抗剪切能力 。加一電場(chǎng)在 充滿 ERF 的兩盤之間 ， 力矩 T由 ERF 的電致屈服應(yīng)力和粘性剪切應(yīng)力產(chǎn)生 的 ， 可以 帶動(dòng) 右端接負(fù)載端的 B 盤旋轉(zhuǎn) 。設(shè)單位轉(zhuǎn)動(dòng)慣量傳遞的扭矩為 Ftj,則可得 :Ftj=t/J= )1()1(34[1414231321 rrrr hurb y ??????? 。 式 中 i? 為子目標(biāo)值系數(shù)。同時(shí)還有 ERF 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新與相應(yīng)電液控制規(guī)律的研究。若 使用 Bingham 模型，會(huì)導(dǎo)致兩圓盤間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的非物理結(jié)果，就是所說(shuō)的屈服面佯謬。我們可以得到 下圖所示的電流變傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 方塊圖 從圖可以看到 :輸入量包括 :輸入角度 i? ，電場(chǎng)作用下的電流變 液剪 切力矩 Me，負(fù)載 M，是 作為干擾量輸入。要是將電流變液應(yīng)用于新設(shè)計(jì)的各種裝置，可 以 看到它們 明顯 具有如下特點(diǎn) :利用電流變液體器件制成的自動(dòng)系統(tǒng)，不僅 結(jié)構(gòu)將十分簡(jiǎn)單， 還 可以將不同信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)， 然后 直接去控制電流變液體制成的中間器件，使控制和調(diào)節(jié)具有無(wú)級(jí)連續(xù)變化的性能， 響應(yīng)速度 也很快 快。要 使裝置具有良好的動(dòng)態(tài)性能，主要研究?jī)?nèi)容為 :變信號(hào)輸入，啟動(dòng)、制動(dòng)、任意波形輸入等 。波紋式電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)速度能夠達(dá)毫秒級(jí)，因此 要求 對(duì)高壓電源的控制要快，信號(hào)的采樣率要高。這樣兩個(gè)轉(zhuǎn)盤就具有轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的運(yùn)動(dòng)特征。 在這里，左右轉(zhuǎn)盤 作 為主動(dòng)盤，中間盤 作 為從動(dòng)盤，采用 了雙圓盤結(jié)構(gòu)，他的 特點(diǎn) 是 :兩個(gè)主動(dòng)轉(zhuǎn)盤由一個(gè)變速電機(jī)通過(guò)換向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生大小相同、方向相反的速度， 這樣會(huì) 使得當(dāng)輸入信號(hào)控制正反轉(zhuǎn)時(shí)輸出扭矩快速跟蹤輸入信號(hào) .電流變產(chǎn)生的力矩是由 剪切引起粘性力和 電致引起的屈服應(yīng)力兩部分組成。這樣 整個(gè)機(jī)構(gòu)就需要能夠比較方便地對(duì) 中間盤 和 曲面盤進(jìn)行拆裝，使得整個(gè)機(jī)構(gòu)的精度要求加大并 增加了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性 。