施金花，王 斌，張?chǎng)伪?，李文?/p>

（上海航天技術(shù)研究院第803研究所，上海 200233）

0 前言

伺服機(jī)構(gòu)工作需要有一定的供油壓力，由于液壓泵供油能力有限，采用平常的連續(xù)頻率掃描測(cè)試方法無法保證伺服機(jī)構(gòu)正常工作，現(xiàn)多采用逐個(gè)加不同頻率的正弦波信號(hào)，待一個(gè)頻率的信號(hào)結(jié)束后伺服機(jī)構(gòu)回歸零位，供油壓力恢復(fù)正常時(shí)再給定下一個(gè)頻率的正弦波信號(hào)。伺服機(jī)構(gòu)存在零偏，功放電流限制等非線性因素，在工程應(yīng)用中根據(jù)各頻率點(diǎn)的輸入信號(hào)和反饋信號(hào)計(jì)算出幅值和相位。由于對(duì)反饋信號(hào)采用濾波處理會(huì)降低反饋的幅值，所以本文將各頻率點(diǎn)的反饋信號(hào)直接擬合成一階正弦函數(shù)形式，再根據(jù)輸入信號(hào)計(jì)算出幅值和相位以及零偏。在VB.NET 軟件測(cè)試程序中，編寫反饋信號(hào)的擬合函數(shù)顯然費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而MATLAB 具有強(qiáng)大的計(jì)算功能，并且具有專門的曲線擬合工具箱。為提高程序的效率和質(zhì)量，本文將MATLAB擬合函數(shù)以COM組件的形式實(shí)現(xiàn)供VB.NET調(diào)用。

1 混合編程的方法

VB與MATLAB混合編程的方法有多種，包括應(yīng)用ActiveX 技術(shù)、應(yīng)用DDE 技術(shù)以及使用MatrixVB 等，但是這些技術(shù)都不能脫離MATLAB 運(yùn)行環(huán)境[1]。為了使混合編程方法能夠脫離MATLAB運(yùn)行環(huán)境，也能夠供其他編程語言調(diào)用，本文采用生成COM 組件的方法供VB.NET 調(diào)用，從下文可以看出此方法生成過程簡(jiǎn)單，并且便于模塊化。

2 MATLAB模擬輸入輸出曲線

測(cè)試伺服機(jī)構(gòu)幅頻特性需要不同頻率的正弦信號(hào)，模擬幅值為1 V，頻率為4 Hz 的三個(gè)正弦波輸入信號(hào)及其得到的反饋信號(hào)，如圖1所示。

圖1 一個(gè)頻率段內(nèi)伺服機(jī)構(gòu)輸入和反饋信號(hào)

從圖1 可以看出，伺服機(jī)構(gòu)反饋信號(hào)受伺服機(jī)構(gòu)本身非線性特性、采集卡、電氣干擾等影響，輸出曲線并不是非常光滑，在讀取反饋信號(hào)幅值以及相位滯后時(shí)會(huì)有較大偏差，因此需要對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行光滑處理。采用濾波的方法可以使反饋信號(hào)趨于平滑，但同時(shí)會(huì)使幅值產(chǎn)生衰減，對(duì)結(jié)果分析會(huì)產(chǎn)生大的偏差。本文將反饋信號(hào)擬合成一階正弦函數(shù)的形式得出幅值，再與原信號(hào)相比得出相位滯后。

3 擬合函數(shù)的實(shí)現(xiàn)

圖1所示函數(shù)為分段函數(shù)，需用VB.NET將中間的反饋信號(hào)提取出來進(jìn)行擬合，提取出的曲線如圖2所示，然后與原信號(hào)相比得出幅值和相位。

圖2 提取的輸入和反饋信號(hào)

MATLAB 擬合函數(shù)非常簡(jiǎn)單，可以用短短幾行語句實(shí)現(xiàn)，語句如下：

myfit 函數(shù)是將反饋信號(hào)擬合成a sin（ωx+φ）+a0的形式。由于MATLAB函數(shù)在計(jì)算中有虛數(shù)的概念，所以需將返回值轉(zhuǎn)換成實(shí)數(shù)以便VB.NET調(diào)用。將圖2所示反饋信號(hào)曲線擬合后得到的曲線如圖3（a）所示，從圖3 可以看出，擬合曲線幅值與反饋曲線一致性相對(duì)較好，相位相對(duì)比實(shí)際反饋曲線超前，究其原因是由于反饋信號(hào)在第一個(gè)波形還未達(dá)到穩(wěn)定時(shí)就對(duì)其進(jìn)行了擬合，導(dǎo)致擬合出的相位超前。至此可以改進(jìn)算法，從第二個(gè)波形開始擬合，擬合出的曲線如圖3（b）所示，不難看出圖3（b）擬合效果要比圖3（a）好很多，表1 給出了擬合曲線幅頻特性的相位值與精準(zhǔn)值的比較。

4 COM組件的生成

將上述MATLAB函數(shù)保存為myfit.m文件，利用deploytool 命令生成工程名為fupin.prj、類名為Class fupin、函數(shù)名為myfit 的通用COM 組件，當(dāng)函數(shù)編譯正確后會(huì)在相對(duì)路徑的distrib 文件出現(xiàn)名為fupin_1_0.dll 的文件，至此COM 組件就成功生成。

5 VB.NET調(diào)用過程中注意的問題

5.1 COM組件的調(diào)用

點(diǎn)擊“項(xiàng)目”菜單，選擇“添加引用”，通過“瀏覽”選擇生成的fupin.dll。這樣COM組件就添加到程序中。

5.2 VB.NET 數(shù)組與MATLAB數(shù)組關(guān)系

在VB.NET 中如果用一維數(shù)組變量存取反饋時(shí)間和反饋信號(hào)的值，則在MATLAB編寫function函數(shù)時(shí)應(yīng)注意將輸入形參進(jìn)行轉(zhuǎn)置后進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)镸ATLAB 軟件在數(shù)組存儲(chǔ)上是列優(yōu)先原則，會(huì)將VB.NET 的一維向量看成是一維列向量進(jìn)行處理。

圖3 反饋曲線與擬合曲線比較

表1 擬合曲線幅頻相位與標(biāo)準(zhǔn)值比較

6 VB.NET主要程序

上述程序是反饋信號(hào)從第二個(gè)波形開始將一維數(shù)組變量array1 存儲(chǔ)反饋時(shí)間，一維數(shù)組變量arrayy 存儲(chǔ)反饋信號(hào)，應(yīng)注意array1 向量與arrayy向量的長(zhǎng)度相等。輸出的幅值、相位及零偏分別存入變量A，fai，a0中。

7 VB.NET程序結(jié)果

本程序運(yùn)行結(jié)果如圖4 所示，實(shí)際的伺服機(jī)構(gòu)測(cè)試程序中在不同正弦波輸入頻率下反復(fù)調(diào)用COM 組件函數(shù)，可以得到在不同頻率下的幅頻值與相位。可見此擬合函數(shù)具有通用性，此外也方便其他程序（如C++、Labview等）調(diào)用。

圖4 VB.NET運(yùn)行結(jié)果

8 結(jié)論

利用MATLAB 科學(xué)計(jì)算能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可以將一些復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算過程用MATLAB 輕松實(shí)現(xiàn)，同時(shí)將這些過程生成通用COM 組件模塊供VB.NET 調(diào)用，可以省去VB.NET 編寫復(fù)雜函數(shù)的繁瑣過程，令編程效率大幅提高。本文實(shí)現(xiàn)了兩者混合編程，可以同時(shí)發(fā)揮MATLAB 計(jì)算能力強(qiáng)和VB.NET 編程界面快捷友好的特點(diǎn)，收到了良好的效果。同時(shí)生成的COM組件便于模塊化，可以為其他程序調(diào)用。這對(duì)其它科學(xué)計(jì)算要求高的測(cè)試軟件提供了實(shí)際意義。

［1］馮莉.VB 與Matlab 的混合編程方法［J］.兵工自動(dòng)化，2005，24（5）：110-113.

［2］冀剛.MATLAB 7.3 與.NET 新接口技術(shù)［J］.電腦知識(shí)與技術(shù)，2008（03）：548-550.