盤式電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)分析 機(jī)電應(yīng)用專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文.doc

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)。它主要特征是能利用電場(chǎng)作用，實(shí)現(xiàn)液一固態(tài)轉(zhuǎn)化的可逆性、連續(xù)可控性和響應(yīng)的快速性等，主要在機(jī)電傳動(dòng)與控制系統(tǒng)應(yīng)用前景廣泛應(yīng)用前景。雖國(guó)內(nèi)外有很多關(guān)于電流變應(yīng)用機(jī)構(gòu)的研究，但是電流變液的流動(dòng)模式，大多數(shù)是平動(dòng)式或剪切式，也有少部分?jǐn)D壓式的論文報(bào)導(dǎo)。一種新型的電流變傳動(dòng)裝置將在此文展現(xiàn)，波紋式電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的流體工作模式是復(fù)合型的，剪切一擠壓式。波紋式電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有響應(yīng)速度快、能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)和易于計(jì)算機(jī)控制等優(yōu)點(diǎn)，可以說(shuō)是傳動(dòng)機(jī)械學(xué)中的一項(xiàng)突破。虛擬儀器技術(shù)和電流變技術(shù)將有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，用于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的測(cè)量與控制，將波紋式電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的測(cè)控系統(tǒng)構(gòu)建了在虛擬儀器平臺(tái)上，本文還將介紹了該系統(tǒng)的架構(gòu)方案，控制方案，此系統(tǒng)可以使對(duì)步進(jìn)電機(jī)、異步電機(jī)的控制方便地實(shí)現(xiàn)，而且可使波紋式電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出力矩被迅速、精確的測(cè)量與控制?，F(xiàn)有的物理和數(shù)學(xué)理論來(lái)建模方式對(duì)于呈復(fù)雜的非線性關(guān)系的波紋式電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的外加電場(chǎng)和電流變液產(chǎn)生的力矩，對(duì)于現(xiàn)有的物理和數(shù)學(xué)理論來(lái)建模具有一定的難度，而對(duì)于表示任意非線性關(guān)系和學(xué)習(xí)的能力人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能解決，由此對(duì)解決這類問(wèn)題提供了新思想和新方法。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。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。關(guān)鍵詞：電流變液 波紋式 擠壓 控制 虛擬儀器 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Abstract： There is a mechanical and electrical applications in the emerging discipline of ER technology. Its main feature is the electric field can be used to achieve reversible liquid-solid transformation, continuous controllability and fast response, etc., mainly in the electrical and mechanical drive and control system applications widely used in future prospects. Although there are many domestic and foreign institutions on the application of the ER, but ER fluid flow patterns, most of translational or shear type, there are few papers reporting extrusion. A new ER gear show in this article, corrugated Electrorheological Actuator, its mode of operation is a complex fluid, and cut one extrusion. Ripple Current Actuator with fast response, can achieve stepless adjustment and easy computer control, etc., can be said to drive a breakthrough in machine learning. Virtual instrument technology and current technology will change the organic combination of measurement for the transmission and control, the corrugated current Actuator control system constructed in the virtual instrument platform, the paper also describes the structure of the system program , control scheme, this system enables the stepper motor, asynchronous motor control easy to realize, but also make corrugated current Actuator output torque is rapid, precise measurement and control. Existing physical and mathematical modeling methods of the theory were the complex nonlinear relationship for the ripple Current Actuator ER electric field and the torque generated for the existing physical and mathematical theory to model a certain difficulty, and for any nonlinear relationships and learning that the ability of artificial neural network can solve this kind of problem solving provides new ideas and new methods. This article is also based on this, in order to complete the transmission of identification and authentication, the use of BP algorithm is a multilayer feedforward network self-learning ability, thereby establishing a reliable corrugated current variable transmission model, so that you can make the basis for further theory research easier. Based on the large number of experimental data analysis, while corrugated and flat disc current Actuator output torque is also compared, and ultimately get corrugated flat disc than ten times the torque of the transmission of the conclusions. Keywords: electrorheological fluid corrugated extrusion control virtual instruments artificial neural network transmission 1 引言 電流變流體是一種是由作為分散相的固體粒子和作為連續(xù)相的基礎(chǔ)液所組成的新奇的流體。在電場(chǎng)的作用下，電流變液的響應(yīng)時(shí)間特別短，甚至可達(dá)毫秒，并且其表觀粘度可隨場(chǎng)強(qiáng)的增大而增大，而且在電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定程度下，可以停止流動(dòng)或固化，但當(dāng)去掉電場(chǎng)后，電流變流體又能夠恢復(fù)到最初的粘度。這就是電流變效應(yīng)。我們可以根據(jù)電流變效應(yīng)，設(shè)計(jì)出新一代的離合器、閥門、減振器和隔振器等電流變器件。此類器件具有的優(yōu)點(diǎn)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)迅速、低噪聲和節(jié)能等。1.1 電流變流體的基本概念及概述 電流變流體是一種可在毫秒級(jí)實(shí)現(xiàn)可逆的“固”一“液”態(tài)轉(zhuǎn)化的新型智能材料。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。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。電流變流體最好是無(wú)水型的，這樣化學(xué)性能應(yīng)很穩(wěn)定，而且要無(wú)毒，無(wú)腐蝕性，對(duì)金屬的磨損性要較小比較好。有較寬的粘度調(diào)節(jié)范圍比較好，所以電流變流體在無(wú)電場(chǎng)作用時(shí)的粘度需要盡量低。 關(guān)于電流變懸浮液的主要研究工作有以下四個(gè)方面： 新型電流變液的制備：為了獲得性能優(yōu)異的電流變液，我們可以通過(guò)選著不同電流變材料和改變分散相粒子的結(jié)構(gòu)，。 研究流變液性能：為了為設(shè)計(jì)高效電流變液提供理論依據(jù)，我們研究在加外加電場(chǎng)作用的時(shí)候分散相微粒分散狀態(tài)的變化，還有微粒的組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)、分散相體積分?jǐn)?shù)和尺寸及分布等對(duì)電流變液的屈服應(yīng)力、粘度及某些動(dòng)態(tài)性能的影響。 對(duì)電流變效應(yīng)的模型化研究和在計(jì)算機(jī)上的模擬：我們首先假定電流變效應(yīng)起源，然后從微觀相互作用進(jìn)行理論推導(dǎo)，我們可以得到粘度、屈服應(yīng)力等與外界場(chǎng)強(qiáng)及有關(guān)電流變液本身特性參數(shù)間的關(guān)系，為了與實(shí)驗(yàn)事實(shí)相對(duì)照，研究電流變效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理，我們還進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬和預(yù)測(cè)。 電流變液的應(yīng)用：對(duì)研制的電流變體制成離合器、控制閥等進(jìn)行應(yīng)用方面的探索。1.2 電流變效應(yīng)的機(jī)理及機(jī)制研究1.2.1 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。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。贊同極化理論的學(xué)者中，對(duì)水的作用看法也有很大不同。少部分人認(rèn)為只有吸收了相當(dāng)數(shù)量的水分子的粒子才能被極化，所以認(rèn)為水很重要。由于“無(wú)水”ER 液體的出現(xiàn)上述觀點(diǎn)被逐漸否定。很多學(xué)者認(rèn)為ER 效應(yīng)產(chǎn)生的原因是其中的極化粒子有序排列在兩極間形成一些鏈狀結(jié)構(gòu)，水并不起什么作用。這種觀點(diǎn)為了保證ER 效應(yīng)，要求母液與電介質(zhì)粒子介電常數(shù)不同，只有這樣才能在電場(chǎng)作用下得到不同程度的極化。我國(guó)學(xué)者根據(jù)ER 液的等效交流電導(dǎo)引起的能量耗散結(jié)構(gòu)，提出粒子極化效應(yīng)的理論框架，認(rèn)為ER 的過(guò)程是“極化一耗散一結(jié)構(gòu)流變”的過(guò)程。 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。用以下的公式來(lái)描述，即 液體流動(dòng)中所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力或流動(dòng)阻力； 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； 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 。ER 液體的ER 效應(yīng)也可以看作是液體粘度逐步增大的過(guò)程，它的粘度不同于普通液體稱為表觀粘度，如以表示，則= 上述兩種表達(dá)方式都要求液體必須處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即不應(yīng)等于零。當(dāng)減小時(shí)，將十分大，也就是比有極大增長(zhǎng)，但當(dāng)增大時(shí)，將逐步與接近。為了說(shuō)明ER 效應(yīng)的機(jī)理，很明顯必須探討在電場(chǎng)作用下，或的增長(zhǎng)原因。 通過(guò)大量的微觀觀察和試驗(yàn)研究，認(rèn)為以兩相懸浮液為基礎(chǔ)的ER 液體由于懸浮液中的固體粒子在電場(chǎng)的誘導(dǎo)發(fā)生極化，產(chǎn)生ER效應(yīng)，極化后的粒子相互作用，在電場(chǎng)兩極之間形成鏈，當(dāng)電場(chǎng)加強(qiáng)，鏈間就會(huì)相互作用，從而成柱，兩相ER 液體中的固體粒子從電場(chǎng)為0 時(shí)的無(wú)序到電場(chǎng)作用下的有序排列，直到穩(wěn)定時(shí)的固化結(jié)構(gòu)是ER 液體表觀粘度或剪切屈服應(yīng)力產(chǎn)生和逐步增加的原因。ER 液體在電場(chǎng)作用下的極化包括兩部分：基礎(chǔ)液的極化，即電粘效應(yīng)；粒子的極化或粒子在基礎(chǔ)液中的鏈化效應(yīng)，而ER 液體產(chǎn)生的ER 效應(yīng)，應(yīng)是兩者的綜合。 對(duì)兩相懸浮液，ER 效應(yīng)產(chǎn)生的電致抗剪屈服應(yīng)力主要是由粒子的鏈化效應(yīng)所產(chǎn)生，電粘效應(yīng)不能產(chǎn)生電致抗剪屈服應(yīng)力，不能產(chǎn)生電致抗剪屈服應(yīng)力，能改變ER 液體的基液粘度。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。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。1.2.2 電流變液的機(jī)制研究 大家認(rèn)為電場(chǎng)導(dǎo)致的固體顆粒的極化是電流變液的本質(zhì)。 有電場(chǎng)作用時(shí)兩個(gè)偶極矩之間有相互作用。電流變液系統(tǒng)的狀態(tài)是由于庫(kù)侖相互作用和熱運(yùn)動(dòng)之間的競(jìng)爭(zhēng)決定。熱能為3NkT / 2 ，其中T 為溫度，k 為玻耳茲曼常數(shù)，N 為顆?？倲?shù)。偶極矩相互作用可近似為。在低電場(chǎng)作用下熱運(yùn)動(dòng)為主，且系統(tǒng)為液態(tài)；當(dāng)電場(chǎng)加強(qiáng)時(shí)偶極矩相互作用大于熱運(yùn)動(dòng)，介電顆粒突然開始沿電場(chǎng)方向排列并在兩個(gè)極板之間形成鏈狀等結(jié)構(gòu)。由此可知電流變液的本質(zhì)是電場(chǎng)導(dǎo)致的固化。由此而得臨界電場(chǎng)為當(dāng)考慮了體系的自由能，電流變液的臨界電場(chǎng)變?yōu)楫?dāng)E Ee 時(shí)，電流變液體系呈固態(tài)；E r2，故上式可化為: 故：2.3波紋式電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)而今大多數(shù)商用的ERF的屈服應(yīng)力為skPa，由此因?yàn)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)所能傳遞的剪切應(yīng)力過(guò)小影響了ERF的廣泛應(yīng)用。而提高傳遞力矩的途徑有以下兩種:一是找出一種屈服應(yīng)力大的材料;二是充分的利用現(xiàn)有材料的各種性質(zhì)。第二種需要研究ERF一些特殊運(yùn)動(dòng)規(guī)律;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。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。現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外電流變研究者大多都是采用平滑的圓盤式、圓筒式、平板式電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，利用它們的旋轉(zhuǎn)或平移產(chǎn)生剪切力場(chǎng)來(lái)傳遞力或力矩，這種機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是傳遞的功率較小，只適用于小功率場(chǎng)合。而近來(lái)由許多實(shí)驗(yàn)研究，我們可以看出，擠壓流動(dòng)下的屈服應(yīng)力可比剪切流動(dòng)下的大若干倍，且電場(chǎng)和體積密度會(huì)隨著應(yīng)變的增加而變大。波紋式傳動(dòng)副如圖所示，設(shè)想兩平面盤，一端(或兩端)為波紋式，兩盤間充滿電流變液。當(dāng)一端轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，給電流變液加上高壓電場(chǎng)，則電流變液會(huì)發(fā)生電流變效應(yīng)，由此帶動(dòng)另一端轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。因?yàn)橐欢吮P面上刻有波紋，在波紋盤在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，電流變液會(huì)受到一個(gè)軸向擠壓力，最終導(dǎo)致機(jī)構(gòu)所傳遞的力或力矩的大大增加。2.4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的本構(gòu)方程擠壓流是流體力學(xué)中一種基本流動(dòng)。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。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)。由此采用廣義的雙粘度模型來(lái)研究。上式中電場(chǎng)強(qiáng)度的函數(shù)是動(dòng)態(tài)應(yīng)力，表示為: 其中c.n是與電流變液性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，c.n值由實(shí)驗(yàn)確定。在柱坐標(biāo)系中，狹縫中擠壓流的動(dòng)量方程在r方向上的投影近似為：2.5機(jī)構(gòu)的控制模型設(shè)k1,k0分別為電流變傳動(dòng)器的輸入端和輸出端的彈性連接器的彈性系數(shù)，J和J0分別為電流變傳動(dòng)器和負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，b和b0分別為粘性阻尼系數(shù),電流變傳動(dòng)器的轉(zhuǎn)角，以及輸入和輸出的轉(zhuǎn)角分別是、和.于是可以得到動(dòng)力學(xué)方程: 表明外加電場(chǎng)不斷變化的情況下，輸出力矩受之影響曲線。其中實(shí)線代表交流高壓，點(diǎn)劃線代表直流高壓。由圖可看出，傳動(dòng)裝置的輸出力矩跟著外加電壓的增加而增強(qiáng)，直流電壓下要比交流電壓下的輸出力矩小。對(duì)上面三式進(jìn)行Laplace變換，其中和M分別表示和M的象函數(shù)。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，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。輸出量是輸出角度反饋是:,。從上圖可知道電流變轉(zhuǎn)向操縱器的輸出角度是:因?yàn)楹苄?，忽賂高次項(xiàng)，可以得到: 2.6機(jī)構(gòu)的技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用尺寸:直徑要300mm，長(zhǎng)度要10kV/mm不允許雜質(zhì)存在傳遞力矩:采用相同的ERF，傳遞力矩要比平滑面增大幾倍溫度環(huán)境:+20一+125(無(wú)離子，交流電)外加電場(chǎng):典型為:O一3kV/mm功率損失:控制ERF的電場(chǎng)功率損失是:2一50W響應(yīng)時(shí)間:ERF的響應(yīng)時(shí)間是毫秒級(jí)的而機(jī)構(gòu)本身響應(yīng)時(shí)間0.05秒轉(zhuǎn)向角度:士3600剪切一擠壓式電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為一項(xiàng)新的傳動(dòng)裝置，主要用途:在主動(dòng)振動(dòng)控制、減震、隔振等裝置;新型流體控制閥和控制系統(tǒng);可控阻尼器、制動(dòng)器、離合器等;沖擊機(jī)械;高性能電液伺服系統(tǒng).3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究設(shè)計(jì)3.1電流變器件的特點(diǎn)工程技術(shù)人員把科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是電流變技術(shù)。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。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。再者因?yàn)殡娏髯円后w器件，一般沒(méi)有金屬和金屬間的直接接觸，因此工作中主要零件沒(méi)有磨損，工作壽命較長(zhǎng)。因?yàn)槠骷墓ぷ鹘橘|(zhì)是液體，因此工作過(guò)程柔和，不存在無(wú)固體或金屬磨擦副的存在，相對(duì)噪音低，振動(dòng)少，由此我們可以知道電流變液體器件是一種低噪音、工作平穩(wěn)和柔和的器件。與其它控制系統(tǒng)相比較，因?yàn)殡娏髯円后w制作的控制器件，在控制中所消耗的能量較低。因?yàn)殡娏髯円后w器件的控制信號(hào)簡(jiǎn)單，又只需要一個(gè)電場(chǎng)信號(hào)或電壓信號(hào)，因而極易與微機(jī)技術(shù)相結(jié)合形成智能控制，這是一種控制方式發(fā)展前景很好。3.2研究目的和內(nèi)容電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)響應(yīng)速度快且具有良好的機(jī)械性能，因此應(yīng)用前景廣泛。我們把獲得最佳的機(jī)械傳動(dòng)綜合性能指標(biāo)作為目標(biāo)，研究波紋式電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法、傳動(dòng)理論、電液控制規(guī)律，能為工程應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。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;機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì);控制方法預(yù)計(jì)采用采用基于虛擬儀器技術(shù)的檢測(cè)與控制系統(tǒng);系統(tǒng)識(shí)別。電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剪切力矩和外加電壓之間是非線性關(guān)系且很復(fù)雜，很難用現(xiàn)有的物理和數(shù)學(xué)理論來(lái)建模，因此擬采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)識(shí)別。在研究波紋式電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，要得到機(jī)構(gòu)的輸入輸出轉(zhuǎn)矩、輸入輸出轉(zhuǎn)速、外加電壓、電流變流體的溫度等信號(hào)，還要控制對(duì)步進(jìn)電機(jī)、異步電機(jī)和高壓電源。機(jī)構(gòu)在工作時(shí)，由負(fù)載的變化，將檢測(cè)的信號(hào)反饋到計(jì)算機(jī)。而對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，要實(shí)現(xiàn)變信號(hào)輸入，即啟動(dòng)，制動(dòng)，任意信號(hào)輸入。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。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。研究目標(biāo):設(shè)計(jì)并研制一套波紋式電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu);建立基于虛擬儀器的該機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)控制模型且對(duì)該機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)進(jìn)行理論研究。3.3機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)目的及運(yùn)作原理本文所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)電流變力矩放大器的一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，用來(lái)研究不同的曲面盤間隙、曲面盤內(nèi)外徑的值、曲面的波紋頭數(shù)以及曲面波紋的起伏程度對(duì)機(jī)構(gòu)性能的影響，由此來(lái)提出多目標(biāo)規(guī)劃的電流變力矩放大器的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。為了達(dá)到最優(yōu)值，通過(guò)實(shí)驗(yàn)擬合的方法來(lái)研究放大力矩和控制電場(chǎng)、溫度等因素之間的關(guān)系，利用脈沖和階躍電場(chǎng)信號(hào)來(lái)研究此裝置的動(dòng)態(tài)性能。我們裝置主要應(yīng)用為汽車轉(zhuǎn)向控制裝置的改進(jìn)、優(yōu)化。根據(jù)電流變流體和電流變技術(shù)所具有的特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了電流變的傳動(dòng)機(jī)構(gòu):它主要由一個(gè)置于中間的中間盤和兩個(gè)置于兩邊的轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)組成，具體結(jié)構(gòu)中間盤通過(guò)兩根芯軸與兩個(gè)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器連接并且通過(guò)步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)，在芯軸上加負(fù)載，砂輪是用來(lái)模擬實(shí)際負(fù)載，兩個(gè)轉(zhuǎn)盤通過(guò)一個(gè)換向器分別由同步帶和同步帶輪傳動(dòng)，由伺服電機(jī)帶動(dòng)換向器。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。而且轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)和中間盤機(jī)構(gòu)之間是完全絕緣的，轉(zhuǎn)盤通過(guò)電刷接觸接正極并使中間盤接負(fù)極。這時(shí)在轉(zhuǎn)盤和中間盤之間就建立了一個(gè)電場(chǎng)，電場(chǎng)的大小由電壓的大小決定，整個(gè)系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)力矩放大的功能。因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)指令信號(hào)扭矩非常小，所以在左右兩個(gè)轉(zhuǎn)盤和中間盤之間分別外加電場(chǎng)，因此可以通過(guò)電流變液體把外部動(dòng)力根據(jù)負(fù)載加在中間盤上，從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)力矩的放大。因?yàn)樽笥覂蓚€(gè)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，所以當(dāng)信號(hào)正轉(zhuǎn)時(shí)，信號(hào)加在中間盤和左轉(zhuǎn)盤之間;當(dāng)信號(hào)反轉(zhuǎn)時(shí)信號(hào)加在中間盤和右轉(zhuǎn)盤之間，我們?cè)O(shè)定左轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)向?yàn)檎２y式電流變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是從三維造型開始的，先設(shè)計(jì)出裝置的立體圖，形象直觀，可直接修改，并獲得理想的三維結(jié)構(gòu)圖。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。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。因此兩轉(zhuǎn)盤的相對(duì)轉(zhuǎn)速基本不變，使得剪切引起粘性力不隨輸入信號(hào)變化，這樣就便于利用外加電場(chǎng)對(duì)放大器進(jìn)行控制。3.4機(jī)構(gòu)零件設(shè)計(jì)目前國(guó)內(nèi)外大部分電流變應(yīng)用傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)中，中間盤和轉(zhuǎn)盤都是采用平面形式，在運(yùn)動(dòng)時(shí)只有徑向地剪切力產(chǎn)生，這樣，在電流變液體的固化程度不是很高時(shí)，它的傳動(dòng)效率就比較低，使得能量損耗比較大，不能夠滿足實(shí)際工程應(yīng)用的需求。對(duì)于這一問(wèn)題，我們計(jì)劃用一種曲面盤來(lái)取代原來(lái)的平面盤的形式，由于曲面盤的表面的起伏，電流變流體的作用方式就由原有的單獨(dú)的剪切式變成了擠壓式和剪切式同時(shí)作用的方式。在通電時(shí)，電流變液體固化后就會(huì)產(chǎn)生軸向力，會(huì)對(duì)盤的表面產(chǎn)生軸向的擠壓，雖然這個(gè)力很小，但它大大提高了整個(gè)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率，并可以提高電能的使用、使連接更加緊固和提高控制的靈敏度。我們初步擬定實(shí)驗(yàn)裝置中的曲面盤采用正弦波形狀的曲面，這種裝置的設(shè)計(jì)是以王曉杰等人的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的。他們的實(shí)驗(yàn)中采用的是錐面，而正弦曲面可以看成無(wú)數(shù)個(gè)錐面的組合體，這樣解決了設(shè)計(jì)的理論可行性，而且在我們?cè)O(shè)計(jì)的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，中間盤曲面和轉(zhuǎn)盤曲面都要能夠經(jīng)常更換，這樣可以方便取得大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定在不同振幅和不同頭數(shù)的曲面盤中間哪一個(gè)能夠取得達(dá)到最佳的電流變的效應(yīng)和最好的傳動(dòng)效果。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。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。對(duì)于絕緣問(wèn)題，首先芯軸和轉(zhuǎn)盤間，采用兩對(duì)尼龍?zhí)住Ｔ诓牧系倪x擇上之采用有機(jī)玻璃作為裝置的支座，能起到良好的絕緣效果。對(duì)于密封問(wèn)題，應(yīng)選用耐磨性好且不易泄露、磨擦系數(shù)小的介質(zhì)，因電流變液會(huì)隨著轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)而流動(dòng)，故應(yīng)選用填料密封的方式。下面就關(guān)鍵零件的具體設(shè)計(jì)思路和零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述:曲面盤:需要應(yīng)用到中間盤和轉(zhuǎn)盤上并實(shí)驗(yàn)需要起伏度和不同頭數(shù)的曲面，因此其數(shù)量較多。由于要求嚴(yán)格地采用正弦波曲面并對(duì)它地表面精度較高，所以它需要在數(shù)控機(jī)床上完成。芯軸和鑲塊:將中間盤設(shè)定為分開的形式，單獨(dú)將兩個(gè)鑲塊加工出來(lái)，其內(nèi)孔于中間盤的內(nèi)孑L相對(duì)且精度要求相當(dāng)，并用內(nèi)六角圓柱頭螺釘固定在中間盤上，將其芯軸和內(nèi)孔的內(nèi)端部磨成高精度進(jìn)行過(guò)渡配合，并裝配后在徑向鉆孔、攻絲，最后用止動(dòng)螺釘將它們固定。 轉(zhuǎn)盤:曲面盤就需由螺釘固定在轉(zhuǎn)盤上。考慮到轉(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。凸出部分的寬度尺寸由流通孔徑的大小和錐度確定，其余各部分的尺寸由與它進(jìn)行配合的標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸和配合要求以及機(jī)構(gòu)本身的特點(diǎn)來(lái)確定?？紤]到轉(zhuǎn)盤的復(fù)雜性，故采用澆鑄的方法先制作毛坯，然后再精加工。軸承的選用和固定:由于曲面盤的采用使中間盤和轉(zhuǎn)盤之間通電時(shí)有軸向力的產(chǎn)生，這樣芯軸和轉(zhuǎn)盤之間就要選用能夠承受軸向力的軸承來(lái)進(jìn)行傳動(dòng)和連接，在本次設(shè)計(jì)中我們選用的是角接觸球軸承，因?yàn)檫@種軸承涉及到調(diào)隙的問(wèn)題，因此芯軸和轉(zhuǎn)盤之間內(nèi)外兩組軸承我們選用的是相同型號(hào)的，并且外部的軸承我們都采用螺紋固定的方式;同樣，在支座和轉(zhuǎn)盤之間我們也選用一組角接觸球軸承，并通過(guò)軸承端蓋由螺釘固定;采用梯形齒的同步帶傳動(dòng)，帶輪由彈性擋圈和鍵(平鍵)固定在換向器和轉(zhuǎn)盤主軸上;換向器齒輪由彈性擋圈和圓柱銷分別固定在換向器主軸I、n上;各個(gè)聯(lián)軸器采用不同型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)件凸緣連軸器; 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;兩個(gè)支座、芯軸和塑料套之間分別采用不同型號(hào)的O型環(huán)密封。在支座上采用螺塞孔來(lái)加入和放出電流變液體，中間盤和轉(zhuǎn)盤之間的最大間隙不能超過(guò)Ilnln; 支座和轉(zhuǎn)盤之間的間隙應(yīng)取在4snun之間;中間盤和轉(zhuǎn)盤之間兩組軸承的芯軸、支座和端蓋之間的絕緣套均用絕緣塑料制成，用來(lái)保證兩中間盤采用質(zhì)量較小的鋁合金加工;因機(jī)構(gòu)本身性能和各方面的要求，其余需加工的金屬零件的材料均選用45#鋼。4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的模型識(shí)別4.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及實(shí)現(xiàn)近年人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在自適應(yīng)控制、信號(hào)處理和模式識(shí)別等眾多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種大規(guī)模分步并行處理機(jī)制系統(tǒng)，它有一些處理單元像神經(jīng)元一樣，通過(guò)把問(wèn)題表達(dá)成單元間的權(quán)來(lái)解決。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。研究結(jié)果已經(jīng)表明與傳統(tǒng)處理方式相比用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理直覺(jué)和形象思維信息具有更好的效果。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展科學(xué)背景非常廣闊，是眾多學(xué)科研究的綜合成果。如今神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已在信息處理、組合優(yōu)化、圖象處理、自動(dòng)控制、模式識(shí)別、機(jī)器人學(xué)和人工智能的其它領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于能夠形成任何連續(xù)非線性映射的任意近似，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域，以解決非線性、大滯后系統(tǒng)這一困擾現(xiàn)代控制理論界的難題。現(xiàn)在比較成熟的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練算法為BP算法。理論上講只要神經(jīng)元作用函數(shù)合適，收斂步數(shù)足夠多，采用BP算法訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就可以任意精度逼近任意的非線性系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型有Hopfield模型、Bp模型、Kohonen模型、Ham-ming模型等，都是基于連接學(xué)說(shuō)構(gòu)造的智能仿生模型，它是由大量神經(jīng)元組成的非線性動(dòng)力系統(tǒng)，是算法和構(gòu)造的結(jié)合，具有非定長(zhǎng)性、非凸性、非線性和非區(qū)域性等特點(diǎn)。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。每一處理單元都有一局部存儲(chǔ)器，存放該單元與其他處理單元間的由學(xué)習(xí)規(guī)則確定的、可以修改的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度。通常一個(gè)網(wǎng)絡(luò)是分成一群群或一層層的結(jié)構(gòu)，群或?qū)又械奶幚韱卧ǔ＞哂邢嗤姆蔷€性轉(zhuǎn)換函數(shù)，不同群或?qū)拥奶幚韱卧獎(jiǎng)t可能具有相同或相異的非線性轉(zhuǎn)換函數(shù)。根據(jù)這三個(gè)特點(diǎn)，既人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)既可以用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬，又可以用集成電路芯片組成的電子神經(jīng)計(jì)算機(jī)，甚至可以用光學(xué)的、生物芯片的方式實(shí)現(xiàn)。目前光學(xué)、生物神經(jīng)計(jì)算機(jī)的發(fā)展不是很成熟，然而電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的開發(fā)已到了比較實(shí)用的階段。1986年，McClelland和Rumelhart提出的多層網(wǎng)絡(luò)誤差反傳學(xué)習(xí)算法，我們簡(jiǎn)稱BP算法，解決了多層網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)問(wèn)題，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易于編程，因而在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的。其由具有多個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入層、隱層和多個(gè)或一個(gè)輸出的輸出層組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)為一個(gè)單獨(dú)的神經(jīng)元。相信兩層間單向連接。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);模式識(shí)別:用一個(gè)特定的輸出矢量將它與輸入矢量聯(lián)系起來(lái);分類:把輸入矢量以所定義的合適方式進(jìn)行分類;數(shù)據(jù)壓縮:減少輸出矢量維數(shù)以便于傳輸或存貯。4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本概念在人體內(nèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本元素神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)不是完全相同的;但神經(jīng)元都由下述基本成份組成。細(xì)胞體:由很多分子形成的綜合體，內(nèi)部含有一個(gè)核糖體、細(xì)胞核、原生質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等。它是神經(jīng)元活動(dòng)的能量供應(yīng)地。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。軸突:細(xì)胞體突起的最長(zhǎng)的外伸管狀纖維，它是把神經(jīng)元興奮的信息傳出到神經(jīng)元的出口。突軸:一個(gè)神經(jīng)元與另一個(gè)神經(jīng)元之間相聯(lián)系并進(jìn)行信息傳送的結(jié)構(gòu)。目前，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究尚處于起步的初級(jí)階段，僅限于突軸能進(jìn)行信息綜合的行為進(jìn)行模擬和對(duì)神經(jīng)元能處于抑制或興奮狀態(tài)行為。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)神經(jīng)元的興奮與抑制進(jìn)行模擬，在興奮狀態(tài)，則產(chǎn)生內(nèi)正外負(fù)的反電位差;在抑制狀態(tài)，細(xì)胞膜內(nèi)外之間有內(nèi)負(fù)外正的電位差。由神經(jīng)元傳出的電脈沖信號(hào)通過(guò)軸突，先到達(dá)軸突末梢，這時(shí)使其中的囊泡產(chǎn)生變化從而釋放神經(jīng)遞質(zhì)，這種神經(jīng)遞質(zhì)通過(guò)突軸的間隙進(jìn)入到另一個(gè)神經(jīng)元的樹突中。樹突上的受體接受神經(jīng)遞質(zhì)，從而改變膜間離子的通用性，使膜內(nèi)外離子濃度差產(chǎn)生突變上升的脈沖，這個(gè)脈沖接著沿軸突進(jìn)行傳遞。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。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上大量不同的神經(jīng)元的軸突末梢可以達(dá)到同一個(gè)神經(jīng)元的樹突并形成大量突軸。來(lái)源不同的突軸所釋放的神經(jīng)遞質(zhì)都可以對(duì)同一個(gè)神經(jīng)元的膜電位變化產(chǎn)生作用。因此，在樹突上，神經(jīng)元可以對(duì)不同來(lái)源的輸入信息進(jìn)行綜合，這就是神經(jīng)元對(duì)信息的空間綜合特性，另外，對(duì)于來(lái)自同一個(gè)突軸的信息，神經(jīng)元可以對(duì)于不同時(shí)間傳入的信息進(jìn)行綜合，即神經(jīng)元對(duì)信息有時(shí)間綜合特性。4.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP網(wǎng)絡(luò)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作狀態(tài)穩(wěn)定，易于硬件實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。具有很強(qiáng)的非線性映射能力，在模式識(shí)別、分類等方面的問(wèn)題應(yīng)用廣泛。網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過(guò)程分為兩個(gè)階段:輸入層隱含層誤差反向傳播示意圖第一個(gè)階段是對(duì)于給定的輸入，通過(guò)當(dāng)前的連接權(quán)值正向傳播，得到輸出層各神經(jīng)元的實(shí)際輸出;第二個(gè)階段是通過(guò)實(shí)際輸出和各神經(jīng)元的理想輸出進(jìn)行比較，計(jì)算出輸出層各神經(jīng)元的一般化誤差，如果在輸出層未能得到期望的輸出值，則實(shí)際輸出之差值(誤差)與逐層遞歸地計(jì)算期望輸出，便于根據(jù)此差調(diào)節(jié)權(quán)值。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。4.3.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型標(biāo)準(zhǔn)的BP模型有輸入層、隱含層、輸出層三個(gè)神經(jīng)元層次組成。各個(gè)層次的神經(jīng)元之間形成完全互連接，同一層次的神經(jīng)元之間沒(méi)有連接。BP網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)對(duì)于BP模型的輸入層神經(jīng)元，其輸入與輸出相同，即。輸出層和中間隱含層的神經(jīng)元的操作特性為 一般函數(shù)形式為網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行分為網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)輸出和網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練兩個(gè)階段。4.3.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法對(duì)多層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，表明訓(xùn)練結(jié)束的標(biāo)志時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的所有實(shí)際輸出與其理想輸出一致。否則，通過(guò)修正權(quán)值，使網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出與理想輸出一致。在網(wǎng)絡(luò)不包含隱含神經(jīng)元層時(shí)，我們可以直接采用Delta學(xué)習(xí)算法。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。但將Delta學(xué)習(xí)算法加以推廣便可用于BP模型。定義網(wǎng)絡(luò)輸出誤差為: 并設(shè)為整個(gè)訓(xùn)練集中所有樣本產(chǎn)生的輸出誤差之和。根據(jù)梯度下降法，pwji可以由下式表示: 又這就是說(shuō)，按下式進(jìn)行權(quán)值調(diào)整: 就可以使E按梯度下降很顯然，式4.7與標(biāo)準(zhǔn)的Delta算法是一樣的。如何求得網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)神經(jīng)元的值是現(xiàn)在要解決的問(wèn)題。BP模型所采用的方法是將輸出層產(chǎn)生的誤差反向傳播到輸入層來(lái)計(jì)算，為了計(jì)算，可再一次利用偏微分規(guī)則，獲得的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)的Delta算法的結(jié)果是一致的。如果不是輸出神經(jīng)元，則所得結(jié)果: 帶有動(dòng)量項(xiàng)的加權(quán)調(diào)節(jié)公式為: 式中的a為動(dòng)量系數(shù)是一個(gè)確定過(guò)去學(xué)習(xí)效果的常數(shù)。4.3.3 BP算法的逐個(gè)樣本誤差學(xué)習(xí)法BP網(wǎng)絡(luò)的逐個(gè)樣本學(xué)習(xí)法有如下幾個(gè)步驟:網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)初始化:對(duì)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，偏置值賦初值采用較小的隨機(jī)數(shù)。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。修正輸出層到隱含層的權(quán)值。修正輸入層到隱含層的權(quán)值。網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練至滿意的精度。是否還有學(xué)習(xí)樣本?有，返回步驟2。更新學(xué)習(xí)次數(shù)，若小于預(yù)定的學(xué)習(xí)次數(shù)，返回步驟2。利用訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測(cè)。4.4系統(tǒng)模式識(shí)別和檢驗(yàn)4.4.1網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的識(shí)別我們?cè)?6.7的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行，對(duì)實(shí)驗(yàn)所得1000組數(shù)據(jù)中的650組作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差曲線學(xué)習(xí)階段實(shí)際輸出與網(wǎng)絡(luò)輸出由上面兩圖