陈继光《Matlab与自适应神经网络模糊推理系统》.pdf
陈继光《Matlab与自适应神经网络模糊推理系统》电子书录3.27将号矩阵的综合运算指令··3.28符号短阵的分解运算·····3.2.9符号矩阵的微积分求解··,,,··,。,,,·753.2.10符号矩阵线性方程组的解。····763.2.11符号矩阵代数方程组的解·:·············。。。··773.2.12符号徽分方程组的求解··793.213符号计算中状得指定精度数值解。·,·第4章数据和函数的图形处··········。·834]数据和函数图形化的一般方法4,1.1高散型数据和函数的图形表示,,····。,41.2连续函数的图形表示···,·*·····841.3数据图形表示的一般步巢:··.·.:·。··::844.2二维图形绘制·.···:·854.2.1plot指今的形式···:·;·422图形色彩、线型和数据点形参数的选择4.2.3坐标刻划和格网控制·。·。··874.24图形注释操作。。,:·····。。:··,·,··884.2.5重叠绘图■■會■命4.2.6双纵坐标绘图·。··A2.7多子图—列··4··44,2,8交互式图形指令·43二维图形绘制·:·········。‘······934.!二维图形绘图的数据准备b■■■●4.3.2三维图形网线图、曲面图基本指令格式。···。,,,。。·。。,,··944.3.3三维图形的色彩设定·43.4三维图形的透视处理964.3.5三维图形上的标志设定··4,36三维图形的镂空和裁切····:······。。·。。。。4.4函效绘图的商掩指令··。······。············。·945图形的实时动志操作■會■曾冒曾■■曾■■曾■■冒■■■4,6工程观测数据分析绘图····"*.··:·103第5章MLAB程序设计·,········。···········10551 HAELAB程序设计方法5.3.1贴TLAB程序的文件编粗方式········105录5.1.2m文件的两种格式····:·10752 HATLAB程序中的参数和变量··:,*·········。··1105.2.1 CATLAB系统参数1052.2 MATLAB系统变量·1115.3硎 ATLAB程序结构·,。···:112531版序结构·。····:··········。。·。。···1125.3.2循环结构。·,。··。,····“·。·。“······1136.33分支结构5,4程序流棹制話句······。4165.4.1ec0指令5,4,2impu-, vesirput指令····■····■····音3 pause指令1I75.4.4 keyboard指令····;1174,5brea指令5,5函数调用和参氮饭递·■■·····l195.5.1函数调用L195.5.2数传递56 MATLA数据的存取操作·1225,6,1MTLB数据的输入输出方式5,2用ope:,fre、 fsr f函数指令完成数据的读取:.···:·:·12356.3sae和load函数指令的使用12356.4矩昨数据的内存浏览器查掏第6章摸糊逻辑工具箱工作原理及其应用1z66.上模集合和模糊逻辑关系·······■·自曹着■1266.1.1模糊集合与就属度函数表示。。··1266.12隶屙度数形式296.1,3模糊逻辑概念·····6.l,4模糊摊理计算“·······‘··。·。。··。。。。。。:·1416,2模糊逻辑运算的图形界面工具及使用1426.2.1模糊推理系统編辑器及其应用···,·。·······,···143622隶属度函数编辑器及其应用········。,··。“····14562,3模糊规编辑器及其应用···476.24模拗规划浏览器及其应用。。····1496,2,5模糊推理系统输入、输出曲而图·.·····4····1496.3 MATLAB系统模逻辑运算的程序编写罩6.3I模糊逻辑推理系统的建立·····。··:···;··,····:152录6.32输入变量就属度函数选择·····,,“·,,,,,“,·152633输出变量就属度函数选择■■▲1546.3.4模糊规则定义···:········,:·······:···1546.3.5程序运行科函数指令介網········;···········1556.4自适应网络模糊推理系统ANF1概述。·1616.5自适应网络模糊推理系统编辑器的图形界面及其使用···········*1626,5.l自适应网络模推理系统编料器的图形界面65.2自适应网络模糊推理系统编辑器使用示例··:··1696.6自适应网绌模糊攉理系统的程序运算····*·17566数据文件连接和数据类型定义,····。:·1776.6.2调用函数指令由训综数据生成初始自适应网络模糊推理系统模型786.6.3运用训练数据进行系统模型优化训练s··■即咖鲁幽866.4模型预测值计算和预测数据曲线图b1826.6.5预测误差计算和预测误差线···。····,。····。···1836.6.6模型结杓误差分析计算。··········。。·······“···1846.7白适应网络模糊推理系统工程应用示例一流观测数据预测·。。··。··1856.7.1最住延迟叶间间隔和世入维数选取的预测误差最小法········18667.2模型分析::愚啬鲁鲁申鲁·咖鲁即·●·鲁·■■l8567.3应用举例··-·············.····1876.7.1结论·····188MATLAB与自适应神经网络模蝴推理系統第1章 MATLAB系统的基础准备1.1 MATLAB系统的运行环境1.1. HATLAB系统的运行环境概述照 ATLAB可以运行在 Microsoft windows、Lnix、 Macintosh3种操作系统平台,般要求16以上内存,系统所需占用的硬盘空间托系统安装时有提示要求,且需留有足够的空间作为虚拟内存。运行 MATLAB HELP DESK需要安装 Microsoft interneExplorer40以上版本;查看PF格式的说明文挡;需要安装 Adobe Reader;如需运行 MATLAB AOTE BOOK,需安装 Microsoft word7.0以上版本:在装有 FORTEAN利visua1C¨编译器时,硎TLAB还可以与 FCRTRAN和 Visual c¨混合编程。.1.2 MATLAB系统运行的硬廾环境表1-1 MAELAB系统运行的硬件环境设备MATLAB 3. XMATLAB 4.xmAtLAB 5.5最小配量386最小配置PEm1um75建议配置Pu建议配置586建议配置 Pentium133| Fent ium133上最小配置1娴最小配置4MB最小配置8MBRAFF建议配童4恥建戏配置8B建议配64B最小配置1.2MB|最小配32B最小配置6AB硬盘空间建议配置32MB建议配置68建议配4G最小露置vcs最小配置6s最小配置图形卡建议配置GS建议院置SGS建议配貿操作系统Ds2.0Windows 3.xindos 981.2 MATLAB的启动完成 MATLAE5X的软件安装后,MTLA图标会自动出现在 Windows桌画中,如图1-1所示:操作时,光标选中MTAB图标,双击左键,确认希望运行MTAB程序,屏幕弹出图1-2 MATLAR工作窗口。笫1章 MATLAB系统的基础准备连接到Internet网上邻居MATLAB 5.3AerobatReader 4.0Ef图1-1 Windows桌面出现 MATLAB图标MAILAS CoN程1lreget started, type one of these: helpwin, helpdesk, or demoproductinformaTionvisitwww.nathworks.comI MATLAB Command Window图1-2 MATLAB工作窗口及顶部菜单命令MATLAB工作窗口是标准的 Windows工作界面,操作者可以利用窗口顶部的下拉菜单选项实现工作窗口内容的各种操作,同时工作窗口还是显示执行效果信息的区域。窗口顶部菜单项包括:File、Edit、View、 Window和Help,可以执行文件的打开、保存、编辑、显示等操作;图1-3是 MATLAB工作窗口中File项下拉菜单内容,其中标有三角形标记的选项可以拉出下一级子指令,图1-4是选择New拉出的三项子指令MATLAB与自适应神经网络模糊推理系统HATLAB Comm and Windonrat se戏M时图1-3 MATLAB工作窗口中File项下拉菜单内容1.2.1File一基本文件操作New建立新的M文件、图形文件或 Simul inkmk模块Open打开文件Open selected打开指令窗口指定的M文件Run Script运行工作窗口内的文件内容Load Workspace与MAT文件连接Save Workspace As将工作窗口内容存入指定MAT文件Show Workspace显示MT文件内容Show Graphics Property Editor图形文件属性编辑Show GUI Layout Tool图形用户界面工具Set path设置 MATLAB工作路径Preferences参数选择第1章 MATLAB系統的基础准备Print Setup打印设置Print打印工作窗口内容Print selection打印选择的内容Exit MATLAB退出 MATLAB,释放占用的内存空间1.2.2Edit一编辑操作noo操作回退剪切C复制Clear清除内存中的变量和函数Sclect all全选Clear session清除窗口显示内容,但不清除内存中的变量和函数1.2.3View一视窗管理loBar选择是否在工作窗口显示工具拦1.2.4 Window一窗口管理0 MATLAB Command Window没有图形文件情况下,下拉菜单中只存在一个 MATLAB工作窗口选项,建立图形文件后,菜单中出现相应图形文件选项1.2.5Help一帮助选项Help window帮助窗口,显示帮助信息Help tips帮助提示,按窗口提示选择帮助信息Help desk(HTML)在窗口内输入问题关键字,读取田ML文件,寻求帮助信息Examples and Demos范例演示About matlaB关于 MATLABMATLAB Command Window图1-4选择New拉出的三项子命令MATLAB与自适应神经网络模糊推理系统51.3 Command Window显示方式设置和操作MATLAB工作窗口是系统运行内容显示的主要窗口,熟悉工作窗口的各种操作方式和显示效果将更有利于 MATLAB系统的应用,本节将进一步对工作窗口的显示方式设置、常用操作指令、简化编辑方式等内容进行介绍。1.3.1工作窗口显示方式设置使用 MATLAB工作窗口时可根据用户的需要对工作窗口的字体风格、尺寸、颜色及数值计算结果显示格式进行定义设置。图1-5为点击工作窗口顶部文件菜单下拉选项preferances后屏幕弹出的工作窗口的字体风格、尺寸、颜色设置窗口,操作者可在窗口中根据需要完成各项日设置,完成设置后点击确定确认选择。该设置将长期保存即设置不会因工作窗口关闭而改变,如需变更设置内容,用户需对更改项进行重新设置Tetet区TG·ndIr GDIhiteRaBuYyZz图1-5工作窗口选项 preferances后屏幕弹出的工作窗口的字体风格、尺寸、颜色设置窗口工作窗口数值显示格式的设置通过表1-2数据显示格式控制指令完成,数值显示格式的设置与工作窗口字体等设置不同,这种设置仅适时有效,即一旦工作窗口关闭数值显示格式设置失效,系统恢复原默认设置。表1-2数据显示格式控制指令控制指令格式控制指令格式含义1format short小数点后4位有效,大于1000的实数
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ANSYS_WORKBENCH设计、仿真与优化
《ANSYSWorkbench设计、仿真与优化》以最新版ANSYSWorkbench11.0为依据，以工程人员产品设计的流程为主线，由浅入深地介绍了ANSYSWorkbench在产品设计、仿真与优化过程中的具体功能、使用方法和应用实例。ⅣANSYS Workbench设计、仿真与优化4.2.1基础…………484.2.2分析关键………494.2.3分析步骤……………………………………494.3振动电机轴谐响应分析……………….544.3.1基础………………54………54.3.3分析步骤……………………………………………………………554.4机柜随机振动分析…………………………………………………………614.4.1基础……………………………………………………………614.4.2分析关键…………………………………………………624.4.3分析步骤………………………………………………………62第5章机构运动学分析…………………675.1机构运动学分析基础………………………………………………………675.2轻型打桩机机构运动学分析……………………………………685.2.1工程背景……………………………………………5.2.2分析关键…………………………………………685.2.3分析步骤…………69第6章热力学分析………………………………………756.1热分析基础…………………………………………………………756.2汽缸盖稳态温度场分析……………………………………………766.2.1工程背景766.2.2分析关键………………………………………………………776.2.3分析步骤……………………………………776.3涡轮增压器涡壳瞬态温度场分析和热应力分析………………………………806.3.1工程背景………………………………………………806.3.2分析关键………6.3.3分析步骤…………………………81第7章疲劳分析……………………………………………………867.1疲劳分析基础……………………………………:867.1.1疲劳分析定义……………………………………………867.1.2 AWE Fatigue程序处理疲劳问题的过程………………862按键疲劳分析………………………………………………………877.2.1工程背景………………………………………………………877.2.2分析关键…………………887.2.3分析步骤…………………………………………………887.3轮毂疲劳分析………………………………………………………………92日录7.3.1工程背景………927.3.2分析关键………27.3.3分析步骤……93第8章优化设计……………………………………………………………………968.1优化设计基础……………………………………………968.1.1优化设计的基本原理…968.1.2优化设计的分类………………………………………………………978.1.3AWE优化设计的分析步骤………………988.2支架拓扑结构优化设计………………………………………………………998.2.1工程背景………8.2.2分析关键…………………………………………998.2.3分析步骤…98.3散热器形状优化设计……………………………………………………………1028.3.1工程背景………………………………………………………1028.3.2分析步骤…………………103第9章二次开发1109.1二次开发基础………………………………………………………11109.2参数化程序设计语言……………………………………………………1109.2.1APDL简介…………………………1109.2.2APDL的参数和宏………………………………………………1119.2.3气动刹车装置非线性分析12…………………………119.3用户操作向导……………………1159.3.1 Wizard简介…………………………………………………………1159.3.2操作向导编辑器…………………………………11169.4客户化定制…………1179.4.1SDK简介………………………………………………………………1179.4.2客户化定制实例…………………………………………………118第1章 ANSYS Workbench基础1.1 ANSYS Workbench概述随着计算机辅助工程(CAE)技术在工业应用领域中的广度和深度的不断发展,它在提高产品设计质量、缩短周期、节约成本方面发挥了越来越重要的作用。目前,CAE分析的对象已由单一的零部件分析拓展到系统级的装配体,如飞机、汽车等整机的仿真。同时,其分析的领域已不再仅仅局限于结构力学,已涉及流体力学、热力学、电磁学、多场耦合等更加丰富的物理空间。而且,CAE分析不再仅仅是专职分析人员的工作,设计人员参与CAE分析已经成为必然ANSYS Workbench Environment(AwE)作为新一代多物理场协同CAE仿真环境,其独特的产品构架和众多支撑性产品模块为产品整机、多场耦合分析提供了非常优秀的系统级解决方案。它所包含的3个主要模块:几何建模模块( Design Modeler)、有限元分析模块( Design Simulation)和优化设计模块( Design Xplorer)将设计、仿真、优化集成于一体,可便于设计人员随时进入不同功能模块之间进行双向参数互动调用,使与仿真相关的人、部门、技术及数据在统一环境中协同工作。具体来讲AWE具有的主要特色如下。1.强大的装配体自动分析功能针对航空、汽车、电子产品结构复杂,零部件众多的技术特点,AWE可以识别相邻的零件并自动设置接触关系,从而可节省模型建立的时间。而现行的许多软件均需要手动设置接触关系,这不但费时同时还容易出错。除此之外,AWE还提供了许多工具,以方便手动编辑接触表面或为现有的接触指定接触类型。AWE提供了与CAD软件及设计流程之间的无与伦比的整合性,从而发挥CAE对设计流程最大限度的贡献。最新的AWE使用接口,可与CAD系统中的实体及曲面模型双向连接,具有更高的CAD几何导入成功率。当CAD模型变化时,不需对所施加的负载和支撑重新定义。AWE与CAD系统的双向相关性还意味着,通过AWE的参数管理可方便地控制CAD模型的参数,从而提高设计效率;AWE的这一功能,还可对多个设计方案进行分析,自动修改每一设计方案的几何模型。2.自动化网格划分功能许多CAE用户都花大部分的时间在建立网格上,AwE在大型复杂部件,如飞机组装配件的网格建立上独具特色,自动网格生成技术可大大节省用户的时间。根据分析类型不同,有很多因素影响分析的精度。传统的专业分析人员花大量的时间和训练来掌握各种分析,手动处理模型以保证分析的精度;而对于设计人员来讲,他所关注的应该是自己的产品设计,而不是有限元方法,因此需要一个可靠的工具来替代传统的工具,尽可能实现自动化。AWE的自动化网格划分功能如下:自适应网格划分,对于精度要求高的区域会自动调整网格密度ANSYS Workbench设计、仿真与优化·自动化网格划分,生成形状、特性较好的元素,保证网格的高质量。·自动收敛技术,是自动迭代过程,通过自适应网格划分以使指定的结果达到要求的精度。例如,如果对装配中某一个零件的最大应力感兴趣,可指定该零件的收敛精度。·自动求解器选择,AWE根据所求解问题的类型自动选择适合的求解器求解。智能化的负载和边界条件自动处理。3.协同的多物理场分析环境及行业化定制功能CAE技术涵盖了计算结构力学、计算流体力学、计算电磁学等诸多学科专业,而航空产品的设计对这几个学科专业都有强烈的CAE需求。单个CAE软件通常只能解决某个学科专业的问题,导致使用者需要购买一系列由不同公司开发的、具有不同应用领域的软件,并将其组合起来解决其实际工程问题,这不但增加了软件投资,而且很多问题会由于不同软件间无法有效而准确地传递数据而根本不能实现真正的耦合仿真计算。目前,全面的、真正的“多物理场耦合分析”(如图1.1所示)时代已经来临,多场分析能力已经成为现代CAE软件技术水平的重要标志。多组分/多相流}(流体力学)[可压缩流H高级辐射高级疲劳高度非线性共轭传热结构力学多物理场耦合(温度场非线性非线性/辐射时/频域动力稳态/瞬态线性静力低频电磁场}(电磁场)M高导/对流图1.1现代高级CAE软件AWE组合分析能力4.快捷的优化工具 DesignXplorerAWE本身既是一个成熟的多物理场协同CAE仿真平台,又是一个基于最新软件技术的开放式开发平台,利用其开发包 Workbench SDK可以非常便捷地实现诸如专用程序开发、流程自动化和简化、专家经验的保存和固化、分析规范的保存和固化、自有程序的包装、其他程序的集成等众多的用户化开发功能。在 Workbench基础上,设计与分析间的关系就简化为:·分析部门(或人员)根据需求为设计部门量身定做各种特定产品的专用分析程序,这些程序融专家经验、自有程序、分析规范等为一体,完全专用化和自动化,一次定制,终身受益;设计部门(或人员)在针对性极强的专用程序上轻松实现设计分析-优化评价等工作;AWE多物理场协同仿真环境充分体现了 ANSYS公司“面向实实在在的工业需求,以技术为本,以优化用户产品研发流程为目标,为用户提供完整CAE解决方案”的宗旨。在AWE环境下,整个CAE应用的方式和意义都将发生革命性的变化。仿真分析的目的是优化产品性能,AWE/ DesignXplorer是基于DSDB数据库文件的参数优化工具,结合CAD系统/AGP和 Design Space/AWE进行优化:在CAD系统/AGP中第1章 ANSYS Workbench基础3·进行参数化建模,在 Design Space或AWE中进行初步的分析,并确定感兴趣的参数,在DesignXplorer中进行参数优化优化参数可以是CAD模型的几何参数、结构形式、施加的边界条件、求解得到的分析结果等,也可以是由这些参数进行数学运算后派生出来的参数,既可以进行连续性参数和离散化参数的优化,又可以进行单目标或多目标的优化,得到设计空间的三维设计响应面/二维设计曲线,并自动根据优化结果更新几何模型文件。因此,作为新一代多物理场协同CAE仿真环境,AWE以其独特的产品架构和众多支撑性产品模块已为越来越多的产品提供了非常优秀的系统级解决方案1.2 ANSYS Workbench产品设计流程和文件格式1.2.1 ANSYS Workbench产品设计流程AwE提供一个集成统一的仿真环境帮助工程人员完成产品CAE开发的全过程。在AWE环境下,典型的项目开发,包括以下模块:DesignModeler,几何建模和CAD模型导入模块;Design Simulation,结构、热和电磁有限元分析模块;Design Xplorer,最优化设计模块。AwE统一的开发环境以及具有攀升化的设计方案,帮助企业真正实现产品设计仿真到优化的协同。其中, Design Simulation与CAD系统之间可进行双向模型参数互动、可将 ANSYS嵌入CAD运行环境,使用CAD环境中的几何模型的链接,不存在模型转换失真的棘手问题。同时, Design Simulation从CAD中导入装配体时可以自动建立装配接触关系。这样,设计人员可以在 Design Simulation中进行零件以及装配体性能的初步快速分析,并确定感兴趣的区域和性能,再利用 Design Simulation中高端CAE仿真工具和疲劳分析模块一 Fatigue Module对产品强度、动力学特性以及疲劳寿命进行深入的认知,确定优化设计参数,最后在多目标优化模块一 Design Xplorer中同步优化参数,改进产品设计。软件系统的主框架如图1.2所示。ANSYS WorkbenchDesignModelerE Design Simulation Design Xplorer图1.2AWE系统框架图除了上述的主要流程模块之外,AWE还包括以下辅助模块:Engineering Data,用于设定材料和载荷加载信息;FE Modeler,用于输入来自 NASTRAN, ABAQUS,或 Design Simulation所建立的网格模型,作为 ANSYS有限元分析的输人,它也能将网格模型反演生成几何模型;ANSYS AUTODYN,爆炸、冲击等结构显式动力学分析模块。ANSYS Workbench设计、仿真与优化1.2.2文件格式AWE中涉及的主要文件的类型及格式如表1.1所示表1.1AWE中文件格式说明文件名类型说明obname, wbdbWorkbench项目数据库文件,用于管理项目中的不同类型模块文件bname agdbDesign Modeler数据库文件,用于存储几何模型信息jobname cmdbCFX- Mesh数据库文件,用于存储流体网格信息jobname dsdbDesign Simulation数据库文件,存储结构、热和电磁仿真中的所有模型信息obname, edbEngineering Data数据库文件jobname fedbFE Modeler数据库文件,用于存储从 NASTRAN或 DesignSimulation输入的网格信息jobname adANSYS AUTODYN数据库文件,用于存储显式分析软件 AUTODYN必需的信息jobname ddbDesignXplorer数据库文件,用于存储优化方程中设计参数和目标参数的关联信息13安装和起动配置1.3.1 ANSYS Workbench11.0安装安装 ANSYS Workbench1.0前需要将 Windows2000打SP2补丁( Windows XP打SP1补丁),并安装IE6.0以上。另外,系统的日期和时间,要是当前的日期和时间。具体的安装步骤如下。(1)放入安装光盘,在弹出的“ ANSYS DVD Launcher”窗口中,选择“Next”,进入下一级安装窗口,如图1.3所示。ANSYS Products 11.0for Windows 32-bitOperating SystemsANSYS图1.3 ANSYS DVD Launcher窗口1第1章 ANSYS Workbench基础(2)在弹出窗口(如图1.4)中,选择安装的产品“ ANSYS Products”,并在接下来的安装语言窗口,选择“ English”,进入下一级安装界面。ANSYS ProductsInstall ProductsANSYS AA图1.4 ANSYS DVD Launcher窗口2(3)在图1.5所示的弹出窗口中,选择“ L AGREE”后,单击“Next”,进人到下一级安装界面ANSYS需oLGRIEsiDoN et图1.5 InstallShield wizard窗口1(4)根据您的需求选择安装的路径(如图1.6),单击“Next”后进入到“ Select Installation Components"。(5)在图1.7所示的窗口中选择完毕后一直单击“Ncxt”,安装程序开始安装ANsYs11.0。(6)在图1.8所示的窗口中单击“ Finish”,完成软件安装。(7)回到步骤(2)中的“ ANSYS DVD Launcher”窗口,单击“ License Management”,出现下一提示画面(如图1.9),问是否是 license server machine,选择“是(Y)(8)出现下一提示画面(如图1.10),问是否有 license文件,选择“否(N)(9)出现下一提示画面(如图1.11),问是否继续安装,选择“是(Y)ANSYS Workbench设计、仿真与优化图1.6 Installshield wizard窗口2ANSYSwr图1.7 InstallShield Wizard窗口3ANSYS图1.8 InstallShield Wizard窗口4
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