VC与Matlab的混合编程研究及其应用

MATLAB和vc混合编程

第30卷第3期2014年6月天津理工大学学报

JOUＲNALOFTIANJINUNIVEＲSITYOFTECHNOLOGYVol．30No．3Jun．2014

文章编号：1673-095X（2014）03-0005-04

VC与Matlab的混合编程研究及其应用

甘

禹，陈

炜，杨秀萍，王收军

（天津理工大学机械工程学院，天津300384）

摘

要：介绍了基于组件对象模型的VC与Matlab混合编程方法，以MatlabCOMBuilder模块为转换工具，将M函数

转换为COM组件后打包发布应用在VC程序中，结合一个平面四自由度机械臂运动控制仿真实例，详细描述了各个编程接口的实现过程，并验证了平面四自由度机械臂仿真系统的可行性．关键词：VC；Matlab；COM组件；混合编程中图分类号：TP24

文献标识码：A

doi：10．3969/j．issn．1673-095X．2014．03．002

MixedprogrammingbetweenVCandMatlabanditsapplication

GANYu，CHENWei，YANGXiu-ping，WANGShou-jun

（SchoolofMechanicalEngineering，TianjinUniversityofTechnology，Tianjin300384，China）

Abstract：AmethodwhichisdevelopedusingmixedprogrammingbetweenVCandMatlabbasedontheComponentObjectModel（COM）isintroduced．Asaconversiontool，theMatlabCOMBuildermoduleconvertstheM-functiontotheCOMcomponentsimulationmodulewhichispackaged，releasedandappliedinVCprogram．Combinedwithmotioncontrolsimula-tioninstanceofa4DOFplanarmanipulator，eachprogramminginterfaceimplementationprocessiscompletelydescribedandverifiedthefeasibilityofthe4DOFplanarmanipulatorsimulationsystem．Keywords：VC；Matlab；COMcomponent；mixedprogramming

机器人仿真系统是以机器人实体为模型，在虚拟的环境中完成机器人的设计、实现，有效地解决了设计、制造、运行过程中产生的理论问题；优化了机器人软、硬件设计，缩短机器人的研发周期．工作站级的仿真系统功能齐全、实时性高、真实性强，可以产生近似真实的仿真画面，但是其通用性较差，使用不方便等不足之处．VisualC++是Windows下功能强大的集成应用开发环境，既能用于底层的硬件驱动开发，同时还拥有强大的可视化编程的能力，但在数值分析、矩阵运算的实现功能上缺乏高效性．Mat-lab作为交互式仿真软件，它集科学计算、信号处理、系统仿真与图形可视化于一体，编程效率高；然而使

收稿日期：

基金项目：作者简介：通讯作者：

用解释性语言决定其代码执行效率低，处理具有要求高实时性的问题时显示出低效性．

针对以上所述问题，国内外学者将VC语言与Matlab相结合，对二者混合编程方法做了大量研究．钱伟、费树岷

［1］

曹法会以及彭秋红、

［2］

使用

Matlab自带的MatlabCompiler（mcc编译器）生成DLL，实现信号采集系统仿真，使仿真程序具有不依赖Matlab环境直接调用Matlab中的库函数的优势．蔡浩宇，王红波

［3］

通过mcc编译器生成DLL设

计单级倒立摆系统的LQＲ线性二次型调节器，实现过程验证混编在控制系统仿真的巨大优势．李文煜

［4］

则是利用Matlab引擎进行VC和Matlab的混

2013-11-08．

国家自然科学基金（11302147）；天津市科技发展基金（20100402）；天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室资助项目．

E-mail：gy-dlz@126．com．男，硕士研究生，甘禹（1988—），

陈炜（1973—），博士．女，副教授，

MATLAB和vc混合编程

·6·

天津理工大学学报第30卷第3期

合编程，在Matlab后台环境中完成对机器人的图像处理等操作．王周益、刘继兴

［5］

deploytool将能在计算机上使用．执行Package命令，

会把发布该组件所需的所有文件打包到名为compo-nentname_pkg的可执行文件中．Matlab7．x产生的COM组件必须运行在MCＲ，如果目标计算机上没有安装MCＲ，则要在打包组件时添加MCＲ．在上例中，打包的结果将产生名为componentname_pkg的可执行文件，它实际上是可自解压的ZIP压缩文件，包含下列3个文件：

_install．bat、componentname－projectversion．dll、mwregsvr．exe

将componentname_pkg．exe复制到目标计算机上运行，并执行_install．bat将会自行安装MCＲ、注册组件componentname－projectversion．dll．

使用第三方软件

Matcom来实现控制双臂机器人左臂运动控制仿真，并将钱伟使用的混编方法与使用Matcom软件对比，阐述了使用第三方软件相对于mcc编译器的优越性．夏欣

［6］

则利用Matcom开发了数据读取与利用Matcom4．5与VC++结合编使用3种不同的混编方法均实

处理及图形绘制的界面程序，实现了数据测量测试，刘宁，刘财

［7］

程的新方法实现EDA介质中的地震波正演的模拟．穆以东、赵岭

［8］

现了VC与Matlab的无缝链接，将VC界面开发与Matlab计算与显示功能融为一体．

本文将采用COM组件技术实现VC与MATLAB的混合编程，兼顾开发效率和性能，是开发机器人仿真系统的最佳选择．该方法实现简单，通用性强，可以不依赖于Matlab环境运行，并能使用Matlab的任何函数．因此在程序复杂、调用工具箱函数或调用函数较多时推荐使用．

2运动仿真实例

本仿真平台软件用于模拟多功能平面机械臂这

个实物平台，通过COM组件将控制程序的数据传递给MATLAB，利用运动控制算法处理数据，再由COM组件实现数据的返回．程序结构框架如图1所示

．

1

1．1

基于COM的VC与MATLAB的混合编程

配置MATLABC/C++编译器

setup即可在Matlab命令行环境执行mbuild-

［4-5］

．根据屏幕开始设置将要用到的C/C++编译器

提示，选择MicrosoftVisualC++2010，完成对Mat-lab编译器以及相应的C/C++编译器的配置．完成配置以后，下次可直接生成COM组件，不需要再次配置．1．2

使用MATLABCOMBuilder生成COM组件1）创建m文件，定义所需功能函数．在Matlab环境中编写m文件，定义所需的功能函数，用于实现数据处理，数值分析，图像处理等功能操作．

2）创建COM组件．在Matlab命令行执行de-ploytool命令，创建组件工程，定义组件类并为组件类添加（1）编写的m文件，编译当前工程的COM组件．从编译信息可知，编译COM组件的同时，也在计算机上注册了该COM组件，确保该组件像其他COM组件一样在VC中使用．

3）打包组件及MCＲ．由2）所创建的COM组件只能在当前计算机上使用，为了能够把它发布到其他计算机上使用，还需要其他一些支持文件．由于COM组件不同于普通的DLL文件，必须经过注册才

2．1

MATLAB运动控制算法

本文利用模糊PID控制算法实现机械臂操作空间中点到点的位置控制．模糊PID控制是运用模糊数学的基本理论和方法，把规则的条件、操作用模糊集表示，并把模糊控制规则作为知识存入知识库，然后计算机根据控制系统的实际响应，运用模糊推理，

［6］

自动实现对PID参数的最佳调整．模糊控制器以

图1

Fig．1

仿真控制程序框架

Frameworkofsimulationcontrolprogram

误差e和误差变化ec作为输入，利用模糊控制规则在线对PID参数进行修改，根据下式计算实现不同时刻的e和ec对PID参数自整定．