半規(guī)則數(shù)模

傳統(tǒng)的機(jī)械繪圖，是想象出零部件的立體形狀，然后對(duì)立體模型從各個(gè)方向上投影，生成各投影面上的二維視圖，加以標(biāo)注尺寸等注釋?zhuān)苫镜亩S的圖紙。

但是二維圖紙的缺點(diǎn)也是明顯的，就是略復(fù)雜點(diǎn)的就顯得不直觀，需要人為的正確想象。如果有三維的數(shù)模展現(xiàn)，并且能旋轉(zhuǎn)、縮放，就更加直觀易懂了。

現(xiàn)在有了三維CAD軟件SolidWorks的輔助，實(shí)現(xiàn)2D—3D轉(zhuǎn)換，生成一般的三維數(shù)模是比較簡(jiǎn)單的事。對(duì)于從AutoCAD到三維軟件過(guò)渡的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，SolidWorks的這個(gè)功能容易上手，可以幫助你輕松完成從AutoCAD到三維CAD軟件的跨越。

○　SolidWorks簡(jiǎn)介

SolidWorks是功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和高效創(chuàng)新的三維CAD系統(tǒng)，可進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、裝配體和工程圖設(shè)計(jì)、消費(fèi)品設(shè)計(jì)等。

SolidWorks公司成立于1993年，1995年推出了第一版SolidWorks95。1997年SolidWorks公司被達(dá)索收購(gòu)(也就是CATIA母公司)。SolidWorks公司致力于將大家認(rèn)為復(fù)雜、高級(jí)的3D CAD應(yīng)用簡(jiǎn)易化、平民化，使絕大部分工程師都能快捷上手。SW公司100%投入于3D CAD的研究、根據(jù)客戶(hù)需求提供強(qiáng)有力的技術(shù)創(chuàng)新、為工程師整合全面的輔助系統(tǒng)(CAE 等)。公司目標(biāo)是成為機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的三維標(biāo)準(zhǔn)。

從2D-3D的跨越可謂是傳統(tǒng)機(jī)械繪圖的逆向過(guò)程。輸入的2D草圖可以是AutoCAD的DWG格式圖紙，也可是SolidWorks工程圖，或者是SolidWorks的草圖?！”疚挠懻撊绾螐腁utoCAD的圖紙輸入到SolidWorks中實(shí)現(xiàn)2D—3D的轉(zhuǎn)換。原理：很多三維CAD/CAM軟件的立體模型的建立，是直接或間接的以草繪（或者稱(chēng)草圖）為基礎(chǔ)的，這點(diǎn)尤以PRO/E為甚。而三維軟件的草繪（草圖），與AutoCAD等的二維繪圖大同小異（不過(guò)不同的就是前者有了參數(shù)化的技術(shù)）。

在SolidWorks中，就是將AutoCAD的圖紙輸入，轉(zhuǎn)化為SolidWorks的草圖，從而建立三維數(shù)模?！』巨D(zhuǎn)換流程1.在SolidWorks中，打開(kāi)AutoCAD格式的文件準(zhǔn)備輸入。

2.將*DWG,DXF文件輸入成SolidWorks的草圖。

3.將草圖中的各個(gè)視圖轉(zhuǎn)為前視、上視等。草圖會(huì)折疊到合適的視角。

4.對(duì)齊草圖。

5.拉伸基體特征。

6.切除或拉伸其它特征。　在這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，主要用2D到3D工具欄，便于將2D圖轉(zhuǎn)換到3D 數(shù)模?！∠旅嬉訟utoCAD2004和SolidWorks2005為例，看一下如何從AutoCAD的圖紙輸入到SolidWorks中：　 一、2D圖紙準(zhǔn)備工作因?yàn)榇宿D(zhuǎn)換主要是用的繪圖輪廓線(xiàn)，其余的顯得冗余，所以在AutoCAD中，需要將二維圖形按照1：1的比例，繪制在一個(gè)獨(dú)立的層中，比如“0層”?！∽⒁猓狠斎隨olidWorks的CAD二維圖形一定要注意比例，在單位統(tǒng)一的前提下（比如都是毫米），SolidWorks是嚴(yán)格按照輸入的CAD圖形轉(zhuǎn)換為草繪并生成數(shù)模的。　如果是已經(jīng)繪制好的圖紙，調(diào)整各個(gè)視圖，并將其它圖素如中心線(xiàn)，標(biāo)注線(xiàn)，剖面線(xiàn)等等分別設(shè)置在各自獨(dú)立的圖層中。

二、將AutoCAD的圖形轉(zhuǎn)換并導(dǎo)入SolidWorks 打開(kāi)SolidWorks，選擇“打開(kāi)”，從下拉列表中選擇“DWG”文件，“DXF/DWG”輸入對(duì)話(huà)框出現(xiàn)。選擇第三項(xiàng)，“以草圖輸入到新零件”即導(dǎo)入AutoCAD格式的文件。選擇“下一步”圖3。以草圖輸入到新零件 　 出現(xiàn)“工程圖圖層映射”對(duì)話(huà)框，在“顯示圖層下面”，選擇“所有所選圖層”，在下面的圖層選擇中，選中“0層”前面的選擇框，因?yàn)榛据喞獔D形都是在“0層”中繪制，故只將此層中的圖形輸入到SolidWorks中。　預(yù)覽：在輸入前，利用“預(yù)覽”下的圖形瀏覽工具，可以象AutoCAD一樣進(jìn)行圖形的放縮，局部放大，平移等視圖操作?！鞍咨尘啊保簩⒈尘邦伾O(shè)置為白色。

選擇“輸入此圖紙為”：模型

選擇下一步，出現(xiàn)文件設(shè)定對(duì)話(huà)框。

文件設(shè)定對(duì)話(huà)框 　輸入數(shù)據(jù)的單位：按照習(xí)慣，一般選擇“毫米”。

選擇“添加約束”和“合并點(diǎn)”，選擇輸入此圖紙為“2D草圖”，這樣可以把AutoCAD的圖形轉(zhuǎn)換為3D軟件中的草繪，便于后續(xù)三維模型的生成。單擊“完成”，成功將AutoCAD的圖形轉(zhuǎn)換并導(dǎo)入。

注意：由于在生成三維模型的特征時(shí)，各草繪的輪廓一般是封閉的（曲面除外），所以在進(jìn)行下一步之前，最好檢查一下，看草繪圖線(xiàn)有無(wú)不封閉的情況，有無(wú)多余的線(xiàn)或點(diǎn)，各圖線(xiàn)是否真正相交形成封閉圖形?？床堇L圖線(xiàn)有無(wú)不封閉的情況　三、將草圖定義出前視，上視，左視等視圖　輸入的草圖是三維數(shù)模在各個(gè)方向上的投影，就是從不同方向上看去的視圖，所以需要分別將其定義為前視，上視，左視等視圖。

注意：在定義任何其它視圖之前，必須先定義前視圖。您可進(jìn)行框選擇、鏈選擇，或按住 Ctrl 來(lái)單獨(dú)選擇?！【唧w操作：

選擇視圖，單擊“2D-3D”工具欄上的“前視”，將其定義為前視圖。前視　同樣操作方法，將其它幾個(gè)視圖分別定義為上視，左視等視圖?！∷摹⒍x輔助視圖 　定義輔助視圖時(shí)注意必須在另一視圖中選擇一直線(xiàn)來(lái)指定輔助視圖的角度。指定輔助視圖的角度。　五、對(duì)齊草圖　接下來(lái)要對(duì)齊草圖。因?yàn)榘凑諜C(jī)械制圖的原則，各個(gè)視圖中的一些輪廓和邊線(xiàn)是對(duì)齊的。選擇一視圖中的邊線(xiàn)與在第二個(gè)視圖中選擇的邊線(xiàn)對(duì)齊。選擇的順序很重要。

這個(gè)操作需要用到工具欄上的“對(duì)齊草圖”命令?！?duì)齊草圖操作：

在將要與另一草圖對(duì)齊的草圖中選擇一直線(xiàn)或點(diǎn)。

按住 Ctrl 并在第一草圖將要與之對(duì)齊的第二草圖中選擇一直線(xiàn)或點(diǎn)。

單擊 2D 到 3D 工具欄上的“對(duì)齊草圖” ，或單擊“工具”->“草圖繪制工具”->“對(duì)齊”->“草圖”　六、生成3D模型　最后進(jìn)行重要的一步——生成3D模型，最常用的就是“拉伸/切除”命令。

注意：從所選草圖實(shí)體拉伸特征，不必選擇完整的草圖，可以從整個(gè)草圖中選擇部分圖形?？梢淮芜x一個(gè)或多個(gè)，但是各草圖圖形應(yīng)該都是封閉的，才能生成實(shí)體特征（如拉伸，切除等）?！±焯卣鳌≡谠O(shè)計(jì)樹(shù)中選擇“草圖1”，即輸入的前視圖，右鍵選擇“編輯草圖”，選擇要拉伸的輪廓， 選擇要拉伸的輪廓　單擊“2D-3D”工具欄上的“拉伸”，基體-拉伸 PropertyManager 出現(xiàn)。　在“基體-拉伸” PropertyManager 中設(shè)置相關(guān)參數(shù)，編輯屬性?！》较蛞唬耗J(rèn)的拉伸方向，

默認(rèn)的拉伸方向　可以輸入拉伸的深度，或者指定要拉伸到的點(diǎn)或直線(xiàn)。根據(jù)投影原理，另一視圖（上視圖）的一投影邊線(xiàn)就是拉伸的深度，我們選擇上視圖中的一終止點(diǎn)作為拉伸終點(diǎn)。　注意：對(duì)于 2D 到 3D 轉(zhuǎn)換，可通過(guò)選擇一草圖實(shí)體來(lái)指定給定深度拉伸的深度?！∽詈蟀从益I，一個(gè)拉伸的三維模型生成了。　添加一個(gè)切除特征　我們可以從輔助視圖上的一個(gè)圖形輪廓，在已經(jīng)生成的拉伸實(shí)體中進(jìn)行切除?！≡谳o助視圖上選擇小矩形，單擊2D-3D工具欄上的“切除”，在對(duì)話(huà)框中指定切除的深度，完成切除?！】偨Y(jié)　這種方法還有一個(gè)好處，就是形狀復(fù)雜，其尺寸定位不規(guī)則的圖形，也許在三維軟件里繪制草圖比較麻煩，在制作三維數(shù)模的時(shí)候，不用重復(fù)進(jìn)行草繪，就可輕松生成。

上面舉的只是一個(gè)最基本的例子，其實(shí)更復(fù)雜一些的圖形也可以實(shí)現(xiàn).SolidWorks的2D-3D的功能實(shí)現(xiàn)了從平面二維繪圖到3D數(shù)模的跨越，是設(shè)計(jì)者從AutoCAD過(guò)渡到三維CAD軟件的成功階梯。對(duì)于一些常見(jiàn)的二維圖紙，可以輕松實(shí)現(xiàn)到三維數(shù)模的轉(zhuǎn)換，從而為以后的三維裝配、干涉檢查等奠定了基礎(chǔ)。

控制規(guī)則是模糊半主動(dòng)控制器的核心，它的正確與否直接影響到控制器的性能，其數(shù)目的多寡也是衡量控制器性能的一個(gè)重要因素，下面對(duì)控制規(guī)則做進(jìn)一步的探討。

模糊半主動(dòng)控制規(guī)則來(lái)源

模糊控制規(guī)則的取得方式：

（1） 專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)

模糊控制也稱(chēng)為控制系統(tǒng)中的專(zhuān)家系統(tǒng)，專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)在其設(shè)計(jì)上有余力的線(xiàn)索。人類(lèi)在日常生活常中判斷事情，使用語(yǔ)言定性分析多于數(shù)值定量分析；而模糊控制規(guī)則提供了一個(gè)描述人類(lèi)的行為及決策分析的自然架構(gòu)；專(zhuān)家的知識(shí)通?？捎胕f….then的型式來(lái)表述。

藉由詢(xún)問(wèn)經(jīng)驗(yàn)豐富的專(zhuān)家，獲得系統(tǒng)的知識(shí)，并將知識(shí)改為if….then的型式，如此便可構(gòu)成模糊控制規(guī)則。除此之外，為了獲得最佳的系統(tǒng)性能，常還需要多次使用試誤法，以修正模糊控制規(guī)則。

（2） 操作員的操作模式

現(xiàn)在流行的專(zhuān)家系統(tǒng)，其想法只考慮知識(shí)的獲得。專(zhuān)家可以巧妙地操作復(fù)雜的控制對(duì)象，但要將專(zhuān)家的訣竅加以邏輯化并不容易，這就需要在控制上考慮技巧的獲得。許多工業(yè)系統(tǒng)無(wú)法以一般的控制理論做正確的控制，但是熟練的操作人員在沒(méi)有數(shù)學(xué)模式下，卻能夠成功地控制這些系統(tǒng)：這啟發(fā)我們記錄操作員的操作模式，并將其整理為if….then的型式，可構(gòu)成一組控制規(guī)則。

（3） 學(xué)習(xí)

為了改善模糊控制器的性能，必須讓它有自我學(xué)習(xí)或自我組織的能力，使模糊控制器能夠根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)，增加或修改模糊控制規(guī)則。

模糊半主動(dòng)控制規(guī)則型式

模糊控制規(guī)則的形式主要可分為二種：

（1） 狀態(tài)評(píng)估模糊控制規(guī)則

狀態(tài)評(píng)估（state evaluation）模糊控制規(guī)則類(lèi)似人類(lèi)的直覺(jué)思考，它被大多數(shù)的模糊控制器所使用，其型式如下：

Ri：if x1 is Ai1 and x2 is Ai2 …. and xn is Ain

then y is Ci

其中x1,x2,…….,xn及y為語(yǔ)言變量或稱(chēng)為模糊變量，代表系統(tǒng)的態(tài)變量和控制變量；Ai1,Ai2,….,Ain及Ci為語(yǔ)言值，代表論域中的模糊集合。該形式還有另一種表示法，是將后件部改為系統(tǒng)狀態(tài)變量的函數(shù)，其形式如下：

Ri：if x1 is Ai1 and x2 is Ai2 …. and xn is Ain

then y=f1(x1,x2,…….,xn)

(2)目標(biāo)評(píng)估模糊控制規(guī)則

目標(biāo)評(píng)估（object evaluation）模糊控制規(guī)則能夠評(píng)估控制目標(biāo)，并且預(yù)測(cè)未來(lái)控制信號(hào)，其形式如下：

Ri：if(U is Ci→(x is A1 and y is B1))then U is Ci

模糊半主動(dòng)控制規(guī)則流程

實(shí)際應(yīng)用模糊控制時(shí)，最初的問(wèn)題是控制器的設(shè)計(jì)，即如何設(shè)計(jì)模糊控制法則。到目前為止模糊控制還沒(méi)能像傳統(tǒng)的控制理論一樣，借由一套發(fā)展完整的理論推導(dǎo)來(lái)設(shè)計(jì)。下面簡(jiǎn)單介紹一下其設(shè)計(jì)概念：

圖3.4所示為單輸入和單輸出的定值控制時(shí)間響應(yīng)圖，若使用狀態(tài)評(píng)估模糊控制規(guī)則的形式，前件部變量為輸出的誤差E和在一個(gè)取樣周期內(nèi)E的變化量CE，后件部變量為控制器輸出量U的變化量CU。則誤差、誤差變化量及控制輸出變化量的表示為：

其中E表誤差，R表設(shè)定值，Y表系統(tǒng)輸出，U表控制輸出，下標(biāo)n表在時(shí)刻n時(shí)的狀態(tài)。由此可知，誤差變化量CE是隨輸出Y的斜率的符號(hào)變號(hào)，當(dāng)輸出上升時(shí)，CE<0, 下降時(shí)CE>0。

本文所設(shè)計(jì)的模糊控制器之輸出輸入關(guān)系為：

E,CE→CU

在一般控制的計(jì)算法上稱(chēng)為速度型，這是由于其輸出為U對(duì)時(shí)間的微分，相當(dāng)于速度的CU。在構(gòu)造上也可采用以U為后件部變量的位置型，但前件部變量必需改用E的積分值。

由于由E與CE推論CU的構(gòu)造中，CU與E的關(guān)系恰巧相當(dāng)于積分關(guān)系U(t)=Ki∫E(t)dt，而CU與CE的關(guān)系相當(dāng)于比例關(guān)系U(t)=KpE(t)的緣故，所以又稱(chēng)為Fuzzy PI控制。

設(shè)計(jì)模糊控制規(guī)則時(shí)，是在所設(shè)想對(duì)控制對(duì)象各階段的反應(yīng)，記述采取哪一種控制比較好；首先選擇各階段的特征點(diǎn)，記錄在模糊控制規(guī)則的前件部，然后思考在該點(diǎn)采取的動(dòng)作，記錄在模糊控制規(guī)則的后件部。例如，在第一循環(huán)之a(chǎn)1點(diǎn)附近，誤差為正且大，但誤差變化量幾乎是零，可以記為“E is PB and CE is ZO”在此點(diǎn)附近需要很大的控制輸出，記為”CU is PB”;同樣地，對(duì)于b1點(diǎn)、c1點(diǎn)、d1點(diǎn)等的附近，可分別得到如下的控制規(guī)則：

a1：If E is PB and CE is ZO then CU is PB

b1：If E is ZO and CE is NB then XU is NB

c1：If E is NB and CE is ZO then CU is NB

d1：If E is ZO and CE is PB then CU is PB

在第二循環(huán)之a(chǎn)2，b2等之附近，其E和CE的絕對(duì)值比a1，b1點(diǎn)中之值相對(duì)減少，所以其CU值相對(duì)地也較小，其控制規(guī)則如下：

a2：If E is PM and CE is ZO then CU is PM

b2：If E is ZO and CE is NM then CU is NM

表為依上述程序所構(gòu)成的13條控制規(guī)則，其中縱列為E值，橫列為CE值，表中所列之值為控制輸出變化量CU值。由表可知規(guī)則數(shù)最多可為49條，此表只使用了其中13條控制規(guī)則，設(shè)計(jì)者可依實(shí)際需要自行加減規(guī)則之?dāng)?shù)量，如19條、31條等等，以改系統(tǒng)之響應(yīng)。

數(shù)值模擬研究的主要工作程序?qū)σ粋€(gè)油氣藏進(jìn)行綜合的數(shù)模研究，往往需要花較大的精力和較長(zhǎng)時(shí)間（有時(shí)會(huì)達(dá)一年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間），同時(shí)還對(duì)計(jì)算機(jī)硬件和技術(shù)人員有很高的要求，然而盡管在不同的項(xiàng)目中，面對(duì)的問(wèn)題會(huì)千差萬(wàn)別，但大多數(shù)油藏?cái)?shù)值模擬的基本研究過(guò)程是一樣的。為了使讀者一開(kāi)始就對(duì)數(shù)模研究工作有一個(gè)明確的整體概念，下面簡(jiǎn)要地介紹一下油藏?cái)?shù)值模擬的主要工作程序。

問(wèn)題的定義：開(kāi)展油藏?cái)?shù)模工作的第一步，是確定研究的目標(biāo)和范圍。即首先要給本次數(shù)模研究一個(gè)明確的定位，明確本次模擬要解決的主要問(wèn)題是什么，需要研究哪些油藏動(dòng)態(tài)特性，這些項(xiàng)目的完成對(duì)油藏的經(jīng)營(yíng)管理者會(huì)產(chǎn)生什么影響等等。從而根據(jù)項(xiàng)目的要求進(jìn)行數(shù)值模擬研究程序設(shè)計(jì)，并收集有關(guān)的油藏基礎(chǔ)地質(zhì)、流體及生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

D/A(數(shù)模轉(zhuǎn)換)轉(zhuǎn)換模塊帶有8路8位D/A轉(zhuǎn)換專(zhuān)用芯片和精密電壓基準(zhǔn)，控制輸出電壓精度誤差不大于0.01V。通過(guò)電腦串口（或其他具有串口的單片機(jī)、PLC、DSP）發(fā)個(gè)簡(jiǎn)單的可視ASCII指令，便可以方便地控制8個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換通道輸出設(shè)定的電壓值。比如,電腦串口輸出字符串"C2V2660"到本控制板,則控制板將控制2號(hào)通道輸出2.66V電壓；電腦串口輸出字符串"C6V3060"到本控制板,則控制板將控制6號(hào)通道輸出3.06V電壓.指令非常簡(jiǎn)單，完全不需了解復(fù)雜的硬件及時(shí)序控制。輸出電壓范圍：0-5V（其中有2路可靈活設(shè)定輸出電壓最大值）。波特率9600，也可按用戶(hù)要求定制。廣泛用于通過(guò)電壓控制的各個(gè)工控領(lǐng)域，如電機(jī)調(diào)速、壓控振蕩、伺服控制等。