摘 要： 電流變液一種新型智能軟物質(zhì)，在外加電場作用下，迅速實(shí)現(xiàn)液固相的轉(zhuǎn)變，在機(jī)電工程具有廣闊應(yīng)用前景。本文全面討論了用NI虛擬儀器構(gòu)建的電流變網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程檢測與控制系統(tǒng)，詳細(xì)地介紹了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和實(shí)現(xiàn)過程。是一個(gè)并行、開放的科研和教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺, 它可以進(jìn)行力學(xué)、電學(xué)和熱力學(xué)量的檢測、分析與控制。 關(guān)鍵詞：LabVIEW 電流變液 電磁傳動 電流變流體 遠(yuǎn)程測控　 引言 電流變流體（簡稱ERF: Electrorheological Fluids）是一種新型智能軟物質(zhì)（soft matter），它的表觀粘度、屈服應(yīng)力等與外加電場、剪切速率等有確定性的因果關(guān)系。ERF具有“液”─“固”態(tài)轉(zhuǎn)化的可逆性、連續(xù)可控性、響應(yīng)的快速性、功耗小等高新技術(shù)特征。它將像半導(dǎo)體材料對于電子技術(shù)的影響一樣，引起機(jī)電傳動與控制技術(shù)的一場革命。 　　本文用電流變傳動裝置和NI虛擬儀器為主傳動實(shí)驗(yàn)裝置，構(gòu)建了應(yīng)用廣泛、功能強(qiáng)大的機(jī)電液傳動實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 主傳動實(shí)驗(yàn)裝置 　　如圖1所示的機(jī)電傳動基本實(shí)驗(yàn)單元及組合結(jié)構(gòu)（稱“實(shí)驗(yàn)單元盤”），其中，核心（中心圓）是電流變傳動機(jī)構(gòu)和NI虛擬儀器測控系統(tǒng)，它是主體實(shí)驗(yàn)。第二層次（中間圓環(huán)）是單科性實(shí)驗(yàn)，第三層次（外圓環(huán)）是綜合實(shí)驗(yàn)。這個(gè)“實(shí)驗(yàn)單元盤”的滾動，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動、流體傳動、電磁傳動、壓電傳動、電磁流變傳動等許多不同形式的傳動實(shí)驗(yàn)。 裝置的檢測與控制系統(tǒng) 　　ERF分為無機(jī)、有機(jī)和復(fù)合材料三種，它們的性能不同；電流變傳動機(jī)構(gòu)的用途不同，其控制方法也不一樣；ERF的不同運(yùn)行參數(shù)，它的傳動特性也不同。用一般的方法很難滿足電流變傳動裝置的測控要求，本文采用NI虛擬儀器系統(tǒng)構(gòu)建計(jì)算機(jī)檢測與控制系統(tǒng)， 使主傳動機(jī)構(gòu)對于不同材料、不同運(yùn)行條件、不同用途、組合為不同的傳動形式時(shí)，能用軟件Labview實(shí)現(xiàn)控制，并且解決了ERF需要智能控制的問題。 如圖2所示，需要檢測速度、角度、電壓、電流、溫度、轉(zhuǎn)矩等。控制系統(tǒng)要求步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速能按不同波形變化、能控制調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速、電子開關(guān)和調(diào)節(jié)高壓電源（0-10kV）的電壓。 本系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采集卡PCI-MIO-16E-1對輸入輸出的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、外加電壓和溫度信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并實(shí)現(xiàn)對外加電壓信號的控制。采集的信號送入動態(tài)信號分析儀NI-4552進(jìn)行分析處理。利用運(yùn)動控制卡PCI-Flexmotion-6C、接線端子UMI和任意波形編輯器PCI-5411等實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。 如圖3為電流變測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。ERF的力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，不同條件下表現(xiàn)為牛頓流體、Bingham流體、粘彈性流體和粘塑性體。利用數(shù)據(jù)采集卡PCI-MIO-16E-1把輸出與輸入的角度、速度、力矩信號進(jìn)行比較，用實(shí)驗(yàn)和理論建立起來ERF的流變性、傳動裝置的力學(xué)參數(shù)和電控制信號之間關(guān)系的數(shù)據(jù)庫、知識庫，采用解釋型的推理,對參考模型進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)控制結(jié)構(gòu)（即控制電壓與機(jī)械量的關(guān)系式）的變化，從而能夠從力學(xué)的偏差量，確定控制信號量（電流變剪切場的速度、外加電場的方向、幅值、變化規(guī)律、時(shí)間、前饋增益等）。采用這樣的基于虛擬儀器的智能控制方法，克服了ERF復(fù)雜流變機(jī)理和復(fù)雜流動特性所帶來的困難。 由于電流變效應(yīng)為毫秒級，系統(tǒng)采樣速率定為40000scans/s。為了模擬操縱機(jī)構(gòu)，用PCI-5411的波形編輯器Waveform Editor產(chǎn)生不同波形的信號，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。 建立網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)化機(jī)電傳動實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是遠(yuǎn)程測控技術(shù)。這里采用基于虛擬儀器的遠(yuǎn)程測控方案。 遠(yuǎn)程虛擬測控系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件系統(tǒng)構(gòu)成如圖4所示。 在遠(yuǎn)程測控的情況下，系統(tǒng)的測量、分析、輸出、控制等部分在空間上常常是分開的，僅一臺計(jì)算機(jī)是難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集處理的。同時(shí)，隨著環(huán)境和要求的不斷變化，會對系統(tǒng)提出不同的任務(wù)，常規(guī)的測控系統(tǒng)很難滿足上述要求。而遠(yuǎn)程虛擬測控系統(tǒng)很好地滿足了上述要求，它在相應(yīng)的硬件基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)功能劃分有相應(yīng)的功能模塊分解到不同的計(jì)算機(jī)上，不同任務(wù)只要通過靈活改變系統(tǒng)軟件模塊來實(shí)現(xiàn)，通過網(wǎng)絡(luò)把各模塊聯(lián)接起來并在各模塊間傳輸數(shù)據(jù)。 軟件系統(tǒng)是遠(yuǎn)程虛擬測控系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它的各項(xiàng)功能都是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的，從采用傳感器采集數(shù)據(jù)，到對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析等等也都由軟件來完成。本系統(tǒng)主要由被稱為是工程師和科學(xué)家開發(fā)語言的，NI公司開發(fā)的LabVIEW來構(gòu)建，它是一種多功能的圖表制作程序語言，用戶可用它快速地建立用戶界面及其各種系統(tǒng)建立相互控制系統(tǒng)，并通過裝配板塊圖面對其系統(tǒng)功能進(jìn)行具體分類。LabVIEW具有功能強(qiáng)大、精度高、速度快、實(shí)時(shí)性好，且簡單、直觀、易學(xué)等特點(diǎn)，為工程技術(shù)人員構(gòu)建所需的測控系統(tǒng)提供了很好的開發(fā)平臺。 虛擬儀器的遠(yuǎn)程測控可以根據(jù)不同的情況采用不同的技術(shù)去實(shí)現(xiàn)。NI公司推出的DataSocket （DS）技術(shù)和Remote Device Access （RDA）均能很好地實(shí)現(xiàn)，在本系統(tǒng)中采用DS技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。 對整個(gè)遠(yuǎn)程虛擬測控系統(tǒng)的操作在客戶機(jī)上進(jìn)行即可。系統(tǒng)的管理主要是安全和保密問題。服務(wù)器管理程序設(shè)有咨詢服務(wù)、申請登陸、身份驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)方案評審、分配機(jī)時(shí)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告評閱等功能。管理人員與用戶（學(xué)生）可以交互通信。 實(shí)踐與效果 用NI虛擬儀器構(gòu)建了一套完善的電流變網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)，本系統(tǒng)是一個(gè)應(yīng)用廣泛、功能強(qiáng)大、開放、并行、資源共享的科研和教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺。教師、進(jìn)修人員、研究生和本科生在本系統(tǒng)上進(jìn)行各種科研和教學(xué)實(shí)驗(yàn)，只要在計(jì)算機(jī)上采用編程的方法就可做各種復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，大大縮短了開發(fā)時(shí)間，同時(shí)降低了成本，取得相當(dāng)好的效果。