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1、精品学习资源MATLAB论文 MATLAB与 VC 混合编程技术在数控机床动态特性监测分析中的应用专业：物理与电子技术学院08 自动化学号：姓名：张鹏1. MATLAB简介1.1 MATLAB概述MATLAB 最初是作为矩阵试验室 Matrix Labora2tory用来供应通往LINPACK 和 EISPACK 矩阵软件包接口的；后来 ,它逐步进展成为通用科技运算和图视交互系统的程序语言 ,其数据的基本单元是矩阵；它的指令表达与数学、工程中常用的习惯形式特殊相像 ,从而使许多用 C 或 Fortran 实现起来特殊复杂和费时的问题用 MATLAB 就可以轻松地解决； MAT2LAB 的典型应
2、用包括 :数学运算、算法争论、数据分析和运算结果可视化、建模与仿真等；1.2 MATLAB的特点MATLAB 有三大特点 :一是功能强大；主要包括数值运算和符号运算、运算结果和编程可视化、数学和文字统一处理、离线和在线运算；二是界面友好,编程效率高； MATLAB 是一种以矩阵为基本单元的可视化程序设计语言,语法结构简洁,数据类型单一 ,指令表达与标准教科书的数学表达式相近；三是开放性强；MATLAB 有很好的可扩充性 ,可以把它当成一种更高级的语言去使用；使用它很简洁编写各种通用或专用应用程序；1.3 MATLAB的图像处理工具概述MATLAB6. 1R12. 1供应了 20 类图像处理函数
3、 ,涵盖了图像处理的包括近期争论成果在内的几乎所有的技术方法 ,是学习和争论图像处理的人员难得的宝贵资料和加工工具箱；这些函数按其功能可分为:图像显示；图像文件 I/ O ；图像算术运算；几何变换；图像登记；像素值与统计；图像分析；图像增强；线性滤波；线性二元滤波设计；图像去模糊；图像变换；邻域与块处理；灰度与二值图像的外形学运算；结构元素创建与处理；基于边缘的处理；颜色映射表操作；颜色空间变换；图像类型与类型转换；1.4 线性把握系统的分析1. 把握系统的运算机帮忙把握系统的运算机帮忙技术是一门以运算机为工具进行的的把握系统设计分析的技术； 20 世纪 80 岁月后，基于 MATLAB 的仿
4、真软件包 Simulink 成为把握系统设计仿真软件中最受欢迎的软件系统；欢迎下载精品学习资源2. 利用 Simulink 进行线性把握系统的时域分析时域分析方法是经典把握理论中常用并且有用的方法；这种方法主要用把握系统对阶跃信号的响应曲线来明白系统的动态特性，借助Simulink 的分析，我们可以分析并观看到简洁二阶系统的阶跃信号曲线；例 1：二阶系统的闭环传递函数可以写成如下形式2n2nnSG（ s） =22Sn其中： 为阻尼比， n 表示无阻力情形下的震荡频率；随着阻尼比的不同，系统闭环极点的位置也不同，从而有不同的祝你特性：当 0 1 时，为欠阻尼情形当=1 时，为临界阻尼情形当1，过
5、阻尼情形当=0，无阻尼情形为了能够演示这四种情形，在 n=1 即无阻力情形下的震荡频率为 1Hz 的情形下，去 =0,0.4,0.8,1.0,1.4 五种情形，对二阶系统的闭环传递用 simulink 进行仿真；仿真的框图如下：欢迎下载精品学习资源用 step 产 生阶跃信 号， 并把初始 阶跃时间 设置 为 1 ； 用 多个transferFcn 表示在取不同值的时候的二阶系统闭环函数； Mux 模块将 5 个取值情形下产生的信号整合，同时发送给 scope示波器；仿真结果如下：从仿真的结果来看，二阶系统随着阻尼比的减小，震荡的幅度越来越大，在无阻尼情形下显现了等幅振荡，而在过阻尼情形下，二
6、阶系统的过渡曲线单调上升；在=0.4 到 0.8 时，系统的过渡过程不仅具有较短的响应时间， 而且振荡幅值较小，这是二阶系统一般的理想工作状态；2. MATLAB与 VC 混合编程技术在数控机床动态特性监测分析中的应用2.1 数控机床动态特性监测分析系统介绍图 1 为机床状态测试分析系统工作流程图，通过传感器猎取运行设备的状态信息，对采集数据进行分析处理，识别出设备当前的状态，通过分析软件做出诊断决策，进而对机床进行技术调整，通过这一反馈过程3，可以提高机床的特性，从而提高加工质量和生成效率；美国NI 公司在这个技术领域处于世界领先水平，图 2 为 NI PXI-9230 实物图；欢迎下载精品
7、学习资源本课题中所开发的监测系统通过采集设备的振动信号，加速度信号，温度信 号，对设备进行实时监测，并通过采集得到的数据对设备进行特性分析和诊 断，依据数控机床动态特性监测分析系统的功能，选择合适的硬件，包括传感器，数据采集卡，上位机；最为核心的部分为数控机床动态特性监测分析系统软件的设计，按功能需要，该系统软件的总体结构如图3 所示：系统按工作过程划分为三个层次：第 1 层次：数据采集与信号调理；传感器猎取的信号较脆弱，通过对电流或电压信号进行放大、滤波处理后，用采集设备将模拟信号转化为数字信号传输给运算机储存；第 2 层次：实时监视与状态识别；对设备进行信号采集后，即获得了设备运行状态信息
8、， 通过便携式运算机实时显示监测过程中的振动波型、频谱分析图形、轴心轨迹等；在线信号分析过程主要包括常见的典型的时域、频域等分析内容；第 3 层次：在线分析与智能诊断；依据猎取的设备运行状态信息，如典型特点值提取，结合基于已有的故障诊断方法来评判设备当前的状态，假如可能存在故障，能反映出故障的 相关信息；其中第3 层次功能模块的实现是本系统设计的重点也是难点，选择合适的程序开发手段是解决这个问题的关键，故障分析与智能诊断模块功能的核心算法可以选择使用MATLAB编程语言（ M 代码）开发，利用VC 可以设计出人性化的界面，所以选择 VC 与 MA TLAB 混合编程，下面将重点介绍混合编程技术
9、的争论；欢迎下载精品学习资源2.2 VC+ 与 MATLAB混合编程的实现方法MATLAB与 C 语言的接口技术即MATLAB与 VC 混合编程技术 , 它是通过应用程序接口（API ） 5 实现的；一般而言， MA TLAB 与 VC 混合编程的实现方法有以下三种：1） 通过引擎（ Engine）6, 接受客户机服务器的运算模式，通过Window 的 ActiveX 通道和MATLAB进行连接；具体应用时，往往在VC 中设计程序框架，以编译的程序作为前端客户机；通过调用 MA TLAB引擎在后台实现与服务器的连接，实现动态通信；2） 应用MATLAB数学函数库， MATLAB中包含了内容丰富
10、的函数库，而且仍供应了与VC 的数学函数接口，用户可以便利的在VC 的 IDE （集成开发环境）中调用；3） 通过 DLL7 实现 VC 与 MATLAB的混合编程； DLL是一个可执行的二进制文件；把许多通用的功能放在DLL中，可以供多个应用程序调用，这样可以很好的削减外部储备空 间的占有量，并实现代码的共享；2.3 VC+ 与 MA TLAB 混合编程各方法的对比与选择第一种方法对调用MATLAB的工具箱很有用，用这种方法进行编程开发，便利结合MATLAB命令窗口调试程序，能充分发挥MATLAB编程语言简洁简洁把握的优点，可以更好实现MA TLAB工程运算优势，便于复杂的数学算法在工程实践
11、中的应用；其次种方法开发软件对程序员要求较高，要同时对两款软件都很熟识，对于大型复杂算法来说，这种方法将使程序开发工作量过大；用户不能在基于MATLAB 、 C/C+ 数学函数库的应用程序中使用eval 和 input ，不能调用MA TLAB图形句柄系统的函数，不能调用MATLAB工具箱函数， MATLAB中的一些方法在C/C+ 中得不到支持 ,这种方法不能发挥MATLAB的巨大优势；第三种方法有用于小型软件的开发，可以整体削减文件外部储备空间的占有量，但是对于大运算量的程序而言，这种方法开发的软件稳固性差；介于数控机床动态特性监测分析系统的复杂性，特殊是该系统中应用到了许多复杂的故障诊断算
12、法，如粒子群优化算法 8 ，自适应共振理论的混合智能诊断算法9 等等；但是这些纷杂的算法利用MATLAB实现起来比较便利，接受MATLAB引擎的方式实现混合编程，使程序开发工作量明显削减，便于软件爱护，提高故障监测诊断分析的速度与精度；体会与心得1. MATLAB 作为当前空寂把握技术界最流行的面对工程与科学运算的高级语言，他可以轻易地再现C 语言几乎全部的功能；从本次的试验看来，在线性把握系统的分析和仿真中， MATLAB 拥有特殊便利快捷的数据处理才能；2. 对于复杂算法，特殊是涉及到大型数据运算时，文中所提的混合编程方 法能更好的发挥 MATLAB 工程运算的优点，同时也增强了程序整体的稳固性；3. MATLAB和其他的程序语言一样，“ 3 分课本 7 分上机”确定要动手才行，不能光看；多想、多摸索、多尝试，就能娴熟的运用它；找不到得模型多查 help，既能很快的找到要的图形，又能知道在什么地方，下次更便利找到；查考文献VC+与 MATLAB 混合编程之引擎操作详解杜鸿飞 .数控机床进给系统动态特性辨析与分析方法争论胡峰simulink 建模与仿真 姚俊 编著欢迎下载