VB与Matlab混合编程的仿真应用.pdf

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1、第2 3 卷 第1 2 期 计 算 机 仿 真 2 0 0 6 年l 2 月 文章编号：1 0 0 6 9 3 4 8(2 0 0 6)1 2 0 1 0 4 0 3 VB与 Ma t l a b混合 编程的仿真应用 温亮，范浩，王丹 毒 (军械工程学院装备指挥与管理系，河北 石家庄 0 5 0 0 0 3)摘要：介绍了V i s u a l B a s i c 与M a t l a b 混合编程方法在可靠性与维修性仿真中的应用。此方法突破了以往利用单一语言实现系 统可靠性与维修性仿真的限制，更广泛的利用了现有技术成果，降低了编程难度，加快了编程速度。详细介绍了V i s u a l B a

2、s i c 与M a t l a b混合编程的方法及实现步骤。包括 M a t l a b 编译环境的设置、M a t l a b 程序编写、M a t l a b C O M组件的编译与发布以及 如何在 V i s u a l B a s i c 中使用M a t l a b C O M组件。详细叙述了混合编程每个步骤实现的技术关键，为可靠性与维修性仿真解决 了软件实现的技术问题。最后一部分给出了利用 V i s u a l B a s i c 与Ma t l a b 混合编程方法进行可靠性与维修性仿真的示例。关键词：可靠性与维修性仿真；应用程序接口；混合编程 中圈分类号：T P 3 l 1

3、 文献标识码：A Ap p l i c a t i o n o f S i mu l a t i o n Us i n g VB a n d M a t l a b M i x e d P r o g r a mmi n g W EN Li a n g，F AN Ha o，W ANG Da n (D e p a r t m e n t o f E q u i p m e n t C o m ma n d a n d Ma n a g e me n t，O r d n a n c e E n g i n e e r i n g C o l l e g e，S h i j i a z h u a

4、n g He b e i 0 5 0 0 0 3，C h i n a)ABS TRACT：Ap p l i c a t i o n o f s y s t e m r e l i a b i l i t y a n d ma i n t a i n a b i l i t y s i mu l a t i o n b a s e d o n Vi s u a l B a s i c a n d Ma t l a b mi x e d p r o g r a mmi n g i s i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r T h i s me t h

5、o d b r e a k s t h r o u g h t h e l i mi t a t i o n o f u s i n g s i n g l e p r o g r a mmi n g l a n g u a g e i n s y s t e m r e l i a b i l i t y a n d ma i n t a i n a b i l i t y s i mu l a t i o n a n d c a n ma k e mo r e e x t e n s i v e u s e o f e x i s t i n g t e c h n i c a l a c

6、 c o mp l i s h me n L Wi t h t h i s me t h o d，p r o g r a mmi n g d i f f i c u l t y c a n b e r e d u c e d a n d p r o g r a mmi n g s p e e d c a n b e a c c e l e r a t e d Th e me t h o d a n d a p p r o a c h o f Vi s u a l Ba s i c a n d Ma t l a b mi x e d p r o g r a mmi n g a r e i n t

7、 r o d u c e d i n d e t a i l，i n c l u d i n g s e t u p o f Ma t l a b e n v i r o n me n t，Ma t l a b p r o g r a mmi n g，c o mp i l i n g a n d r e l e a s e me t h o d o f Ma t l a b COM c o mp o n e n t a n d h o w t o u s e Ma t l a b C OM c o mp o n e n t i n Vi s u a l B a s i c e n v i r

8、o n me n t Th e k e y t e c h n o l o g i e s o f mi x e d p r o g r a mmi n g a r e i n t r o d u c e d i n d e t a i l An e x a mp l e o f r e l i a b i l i t y a n d ma i n t a i n a b i l i t y s i mu l a t i o n，u s i n g Vi s u a l Ba s i c a n d Ma t l a b mi x e d p r o g r a mmi n g i s g i

9、 v e n a t l a s t KE YWOR DS：R e l i a b i l i t y a n d ma i n t a i n a b i l i t y s i m u l a t i o n；A p p l i c a t i o n p r o g r a m i n t e r f a c e(A P I)；Mi x e d pr o g r a mmi n g 1 引言 伴随现代化生产设备的高速运转，可靠性与维修问题越 来越受到业界的重视。可靠性与维修性的评估从设备设计、生产、定 型到使用、报废，在设备的整个生命周期 内都有应 用。仿真方法是一种重要的可靠性与维修性

10、分析方法，仿真 方法相对来说不用建立复杂的数学模型，只需弄清子系统或 零部件的故障规律及运行过程，是一种分析复杂系统可靠性 与维修性有效的解决方法。按照系统可靠性与维修性评估的 要求，系统可靠性与维修性仿真需要模拟系统运行过程和维 收稿 日期：2 0 0 51 02 5 1 0 4 一 修过程，对设备运行、故障、维修等事件进行统计，从而确定 设备系统在一定的运行环境和维修策略下的故障和维修规 律。这样一系列的工作以往有利用 F o rt r a n、C+等程序实现 的成功例子，不过可靠性与维修性仿真需要进行分布拟合，参数估计，假设检验等统计处理，为便于分析还需要报表及 图形的输出，这些方法对于

11、支持复杂的统计分析及报表输出 j 存在编程上的困难，往往设计统计分析和图形报表程序要比 设计仿真流程更加复杂，鉴于此本文提供一种基于 V i s u a l B a s i c 和 M a t l a b的混合编程仿真方法 以降低编程工作量，提 高图形输出能力。2 混合编程设计思路 多种语言之间混合编程的目的在于最大限度的利用各 维普资讯 http:/ 譬 种编程语言的优势，降低编程难度，加快编程速度，获得单一 语言编程所达不到的效果。M a t l a b 是工程中常用的软件，具有数学分析、数值计算、图形绘制和仿真等功能，可以实现系统可靠性与维修性仿真 及其输出要求。M a t l a b是

12、独立的科学计算语言，支持矩阵计 算，仿真中的数据可以存储在矩阵中，根据处理需要直接可 进行计算，这对于 V i s u a l B a s i c这样的通用语言实现矩阵运 算在编程上非 常复杂。M a t l a b程 序以 m 文件(扩 展名为 m)的形式存储，为解释型语言，因此在计算速度上要远 慢于V C等语言，不过在 M a t l a b 6 5 以后的版本，M a t h w o r k s 公 司作出了很大的改进，其运算速度大大提高，对于现代的 P c 机来说运算时间已经不是主要问题了。V i s u a l B a s i c 是常用的程序设计语言，其特点不再赘述。M a t l

13、 a b 本身不是用来设计软件的，因此图形用户界面设 计的功能要弱的多，用 Ma t l a b难于实现 良好的人机交互界 面。在这方面 V i s u a l B a s i c 就要体现出其优势了，V i s u a l B a s i c 学习和使用简便，易于设计出良好的人机交互界面。本文提 出的混合编程方法就是要将两者的优势相结合，用 V i s u a l B a s i c 设计人机交互界面，用 M a t l a b 实现仿真运算、数据处理 及图形输出。混合编程的技术关键在于如何将两种不同的语 言联系起来。3 V i s u a l B a s i c与 Ma t l a b混合

14、编程实现方法 早期版本的M a t l a b 程序要在 M a t l a b 环境中运行，因此要 利用 M a t l a b 的功能就必需在本机安装 M a t l a b，这给其应用带 来了不变。随着M a t l a b 6 0、6 5、7 0 等一系列版本的发布，包 含了一系列外部应用程序接 口，如 DD E、O L E、A c t i v e X、C O M 等流行的标准和技术在 Ma t l a b都得到了应用。这里着重提出的是其 C O M组件技术，利用此项技术可 以将Ma t l a b 的m文件编译成 C O M组件(d l l 文件)供其它 应用程序调用，即可实现脱离

15、M a t l a b 环境运行。虽然 M a t l a b S i m u l i n k 提供了专门的仿真环境，但主要用于控制系统，而 且在目前的版本中不能编译成 C O M组件供其它程序使用，故本文不采用 M a t l a b S i m u l i n k 方法。这项编译技术在其6 0 版本内还只能用命令的方式实现，在6 5版本中增加了图形 界面的编译器，而且提供了基于V i s u a l B a s i c 和E x c e l V B A两 种应用的编译方式。下面以 M a t l a b 7 x为例，按步骤说 明如何实现 V i s u a l B a s i c 与M a

16、 t l a b 混合编程，E x c e l V B A与M a t l a b 混合编程方法 与其差别不大。3 1设 置 Ma fl a b环境 要实现m文件的编译，首先在安装 M a t l a b时要选择安装 M a t l a b C C+数学库和图形库。要实现 C O M组件的编译，还需要安装支持C O M组件C C+的编译器，Ma t l a b自带的 L C C编译器不支持 C O M组件的编译。简便起见只要在安装 V i s u a l S t u d i o 时将V i s u a l B a s i c 和V i s u a l C+一起安装就可 以了，V i s u a

17、 l C+十编译器支持 C O M组件的生成。接下来要在 Ma t l a b“C o mm a n d Wi n d o w”中执行“m e x s e t u p”，和“re b u i l ds e t u p”进行设置，执行“m e xs e t u p”时会出现类似如下的信息：P l e a s e c h o o s e y o u r c o mp i l e r f o r b u i l d i n g e x t e r n a l i n t e r f a c e(ME X)fi l e s：Wo u l d y o u l i k e m e x t o l o c

18、a t e i n s t a l l e d c o m p i l e r s y n?(此段信息的意思是程序 自动定位已经安装的编译器，在此 处键入 Y，回车会出现以下信息)S e l e c t a c o mp i l e r：1 D i g i t a l V i s u a l F o r t r a n v e r s i o n 6 0 i n C：P r o g r a m F i l e s Mi e r o s o f t Vi s u a l S t u d i o 2 L c c C v e r s i o n 2 4 i n D：MA T L A B 7 0 4

19、s y s l c c 3 M i c r o s o f t V i s u a l C C+v e r s i o n 6 0 i n C：P r o g r a m F i l e s、Mi c r o s o f t Vi s u a l S t u d i o 0 N o n e C o m p i l e r：(此段信息的意思是要用户选则编译器，在此 处键入 3，回车会出现以下信息)Pl e a s e v e r i f y y o u r c h o i c e s：Co mp i l e r：Mi c r o s o ft Vi s u a l C C+6 0 L o c a

20、 t i o n：C：P r o g r am F i l e s Mi c r o s o fi Vi s u a l S t u d i o A r e t h e s e c o r r e c t?(y n)：(此段信息要求用户确认编 译器的配置，如果正确，在此处键入 y，出现以下信息)Tr y t o u p d a t e o p t i o n s fi l e：C：Do c u me n t s a n d S e t t i n g s WL Ap p l i c a t i o n Da t a Ma t h W0 r k s MAT L AB R1 4 me x o p

21、t s b a t Fr o m t e mp l a t e：D：MAT L AB 7 0 d BI N WI N3 2 me x o p t s ms v c 6 O o p t s b a t Do n e (出现以上信息表明编译器设置成功)“reb u i l ds e t u p”的设置过程与此大体相同，这里不再 举例。3 2编写Ma t l a b程序 按照仿真要求编写 M a t l a b 程序，单纯仿真过程在 V B中 也可以实现，不过正如前文所述，在 M a t l a b中编写会更加简 便一些。统计分析和图形输出要利用 Ma t l a b语言实现，这是 混合编程主要的优

22、势所在。M a t l a b 提供了几十种常用分布的 随机数生成、参数估计方法，提供了功能强大的统计分析函 数和数十种图形输出，包括 2 D和 3 D图形。这些功能对于可 靠性于维修性仿真的绝大部分要求都能够满足。M a t l a b程序文件分为脚本文件和函数文件，只有函数文 件能够编译成 C O M组件，而脚本文件则不能，要实现混合编 程，一定要将 M a t l a b 程序写成函数文件形式。3 3 编译 n l 文件 在 M a t l a b“C o m m a n d Wi n d o w”中 执 行“c o m t o o l”或“e m p t o o l”或选择“S t a

23、 rt一Ma t l a b一Ma t l a b B u i l d e r for C O MMa t l a b B u i l d e r f o r E x c e l”，即可启动图 1 所示编译界 面，在此图形界面下可添加编写好的m文件，进行编译。一1 05 维普资讯 http:/ 添加 m文件时注意，只要添加以后要在 V B中直接引用 的函数文件即可，对于程序中间引用的 M a t l a b自 带的函数或 用户编写的函数则不需要添加，编译时，编译器会自动寻找 这些函数，不用在此处添加，因此操作非常简便。编译器可同 时将多个 m文件打包成一个 C O M组件，只要将 m文件逐个

24、加入进来即可。圈1 Ma t l a b C O M组件编译器功能与设置 3 4打包和发布 C OM 组件 编译好后可选择编译界面 中 C o m p o n e n t 一P a c k a g e C o m p o n e n t 将编译好的C O M组建打包，见图2。这样就可以发 布给第三方使用了。注意，要发布给没有安装 M a t l a b的计算 机使用，需要在“I n c l u d e M C R”选项前打勾，这样才能包含 M a tl a b 运行库文件。圈2 Ma t l a b C O M 组件打包功能及设置 3 5 在 Vi s u a l B a s i c中使用 M

25、a fl a b C 0M 组件 在 V B中使用 Ma d a b C O M组件时，如果在编程者的本 机，只要在引用中添加编译好的d 文件即可；如果在其它计 算机上使用，先要安装以上打包好的文件，按提示操作(安装 程序先在计算机上安装M a t l a b 运行库文件)，完成后在V B 中 引用 d I l 文件即可。如果编译好的d l l 文件名称为R C M S i m-l _ J D，d l l，在V B中 一1 06 一 引用后按照以下方法使用：Di m S i mC l a s s As RC MS i mc l a s s S e t S i mC l a s s=Ne W R

26、C MS i mc l a s s C a l l S i m C l a s s R C MF Z(n，A，B )R C M S i m 1 0 d l l 文件在默认情况下，引用后会出现-RC MS i mc l a s s 类，可用 RC MS i mc l a s s 对变量进行声明，用 N e w 关键字创建实例。使用 M a t l a b C O M组件包含的函数时，用 C a l l命 令，设 函 数 名 为 R C M F Z，则 用 C a l l S i re C l a s s R C M F Z(n，A，B)调用函数，n 为函数输出变量的 个数，为整数类型，后面 A，

27、B 等为函数返回值(函数运算的输 出)和输入参数，按照编写 M a t l a b 程序时的设定顺序依次输 入，先输入返回值，再输入输入参数。4仿真示例 本节给出利用V i s u al B a s i c 和M a t l a b混合编程仿真的实 例，供可靠性与维修性研究人员和软件开发人员参考。某设备系统由 1 O 个部件组成，目前采取了状态检测的 维修策略。要求通过仿真研究在目前的运行环境和维修策略 下设备系统的故障规律和维修情况。由于设备参数很多，篇 幅限制，本文不再详细列出。利用Ma t l a b编写仿真、数据分析及图形输出程序，利用 V i s u a l B a s i c 设计

28、人机交互界面。程序主界面如图3 所示：圈3 混合编 程仿真人机交互界面 运行程序得到仿真报告如图4，系统在目前运行环境和 维修策略下的故障规律(横轴为时间，纵轴为故障次数)如 图 5显示。混合策略编程方式下编写的仿真程序，人机交互界面保 持了 V i s u al B a s i c 良好的风格，核心程序具有 M a t l a b 强大的 功能。目 前对于M a t l a b 的图形输出还只能保持 M a t l a b 本身的 图形输出的格式，如图 5所示，上部 Ma t l a b提供的工具栏可 以通过程序将其屏蔽，虽然这个工具栏看起来与V i s u a l I 下转第2 2 5 页

29、)鲁 毒 维普资讯 http:/ 摹 7 B A P e t e r s，e t a 1 t h e E x t e n d S i m u l a t i o n E n v i r o n m e n t C P r o c e e d i n g s o f t h e 2 0 01 W i n t e r S i mul a t i o n Co n f e r e n c e2 1 7 2 2 5 8 E r i c h Ga mma，R i c h a r d He l m。R a l p h J o h n s o n，J o h n V l i s s i d e s D e

30、s i g n P a t t e r n s：E l e m e n t s o f R e u s a b l e O b j e c t O r i e n t e d s o f t w a r e M A d d i s o n We s l e y P e a r s o n，1 9 9 7 9 W S c h i e h l e n M u l t i b o d y S y s t e m s H a n d b o o k M S p r i n g e r Ve r l a g，1 9 9 1 c 作者简介 王 颤(1 9 7 7一)，男(汉族)，四川 I 眉山人，博士 生

31、。研究方 向为虚拟原型。C A D。C AE。肖世德(1 9 6 7一)男(汉族)，四川仁寿人，博士后，研究方 向为 C AD C A P P C AM C I MS。图形 三维可视 化。许 明恒(1 9 4 7一)，男(汉族)，教授，陕西人，博导，研究方向为机、电、液一体化系统控制及 C A D。张卫 华(1 9 6 1 一)，男(汉族)，江苏宜兴人，教授，博导，研究方向为铁 路机车车辆动力学及试验研究。(上接第 1 0 6页)熟 t 誊 3|鼍I 臻强_l 照 薯 撵 薯 0 t|传 售2 0 0 5-1 0-2 4 2 1 0 2：5 0 繁 系 缔 滑 在 故 数。删汝 ：潜在敌障到选

32、率3 0 4 0 4 9 1 蕊 rs 蛐 l 倚台戚希尔分布 哦市尔分布参数估计(B e t a A l p h a)16 27 63 2 0 001 ；5 重信区间(下限上限)6 4 S 6 1 S S 2 1 1 6 9 2 8 2 2 1 1 4 3 圈4仿真报告 图5 系统在目前运行环境和维修策略下的故障规律 5 应用总结 V i s u a l B a s i c 与 M a t l a b混合编程是一种快速构建系统可 靠性与维修性仿真程序的方法，系统功能超越了单一编程语 言所能达到的水平，而开发难度和开发时间却大大降低。混 合编程的设计思想，突破了以往利用单一语言实现需求的方 法

33、，更广泛的利用了现有技术成果，为工业领域应用软件设 计提供了参考。参考文献：1 美 A v e r i l l M L a w，w D a v i d K e h o n S i m u l a t i o n M o d e l i n g a n d A n a l y s i s M 北京；清华大学出版社，2 0 0 01 2 2 甘茂治，高崎，康建设 军用装备维修工程学(第二版)M 北京：国防工业出版社，2 0 0 57 3 李葆文 简明现代设备管理手册 M 北京：机械工业出版 社。2 0 0 46 4 苏金明，黄 国明，刘波 Ma t l a b 与外部程序接 口 M 北京：电 子工

34、业出版社，2 0 0 41 5 刘志俭，潘献飞，连军想M a t l a b 外部程序接口 M 北京：科 学出版社，2 0 0 24 6 刘兴堂，吴晓燕 现代系统建模与仿真技术 M 西安：西北 工业大学出版社，2 0 0 18 7 杨为民，盛一兴 系统可靠性数字仿真 M 北京：北京航空 航天大学出版社，1 9 9 0 5 目 作者简介 温 亮(1981一)，男(汉族)，福建仙游人，硕士研 究生，主要研究方向；维修工程理论与应用。范 浩(1973一)。男(汉族)。河北辛集人。博士研 究生，主要研究方向：维修工程理论与应用。王 丹(1980一)，女(汉族)，吉林梅河口人，硕士 B a s i c 编写的主界面很不一致，但其功能却很强大，可实现图 研究生，主要研究方向；维修工程理论与应用。形的拷贝、缩放、翻转等操作，建议保留。2 2 5 维普资讯 http:/