VC与Matlab技术软件研发发展

“电力电子技术”是电气及其相关专业的专业基础课程之一。其教学环节一般由两部分构成:理论教学和实验教学。理论教学,其过程常借助大量的波形分析讲解不同形式电能之间的转换过程;实验教学是提高学生对理论知识认识的重要的辅助教学环节。目前本校的实验室资源短缺,设备较陈旧,所以利用虚拟实验平台对电力电子技术实验进行仿真,可以弥补实验设备的不足,且虚拟实验平台还可以用于理论教学中,增加学生的学习兴趣[1]。目前各高校都在对电力电子技术课程仿真实验平台进行研究与开发。文献2是应用Matlab仿真软件进行实验平台开发,但是所设计的实验平台不能脱离Matlab的运行环境。文献3应用Pspice电路仿真软件,该软件对元件的描述采用了物理模型,虽然比较准确,但是仿真运算工作量很大,仿真速度较慢,且不易学。文献4应用Saber仿真软件,但是需要学生熟练掌握Saber仿真技术。为了解决上述仿真平台中的问题,本文采用VC与Matlab混合编程的方法开发仿真实验平台,可脱离Matlab环境而单独运行,并具有操作简单、方便、占用内存空间小等特点。

1实验平台开发环境设置

利用Matlab环境下的Matlab编译器,将MAT-LAB的程序文件“*.m”编译为动态链接库“*.dll”。具体分三步完成。

(1)设置Matlab编译器的环境配置:

①由于Matlab的编译器只能对M文件的函数形式进行编译,所以如果原来的程序是脚本程序应改写成函数形式[5];②键入命令选择VC6.0作为编译工具;③由于M文件中使用了图形相关函数,因此采用如下命令编译:mcc-p-Bsglcppfilename.m;④对m文件进行编译。

(2)设置VC中的环境配置:

①用VC建立相应类型的工程,把由Matlab编译得到的文件拷贝到工程所在目录中。②选择菜单Tools-Options-在属性页中选择Directories-下拉框中选择IncludeFiles,在其最后加入[6]:%MATLAB6.5%EXTERNINCLUDECPP%MATLAB6.5%EXTERNINCLUDE再在下拉框中选择“LibraryFiles”,其中“%MATLAB6.5%”为Matlab的安装路径。③选择菜单“Project-Settings-”属性页“Link-”下拉列表中选择“Input”,在目标/库模型的文本框中加入“libmmfile.liblibmatlb.liblibmx.liblib-ma.tliblibmatpm.libsg.lliblibmwsglm.liblibmwser-vices.lib”。④选择C/C++属性页,在下拉列表中选择“Preprocessor”,在“Preprocessordefinitions”中加入“MSVC,IBMPC,MSWIND”。再在下拉框中选择“PrecompliedHeaders”,选中“Automaticuseofpre-compiledheaders”,在其中填入“stdafx.h”。⑤选择菜单“Project-AddToProject-Files”把所有拷贝过来的cpp文件添加到当前工程中。

(3)设置的M文件运行所需配置:对于编译且添加好的M文件,需要在MFC程序对话框类的OnInitDialog()函数中添加用来启动和关闭对M文件的调用[7]。这样,对MFC程序进行编译后就可以调用相应的M文件了。

2实验平台

实验平台由主界面、各实验界面两大部分完成,所图1所示。图1实验平台结构图

3实验实例

以“三相桥式全控整流电路”实验为例来说明仿真实验的方法、过程及其系统特点。

3.1电路的数学模型

在各种电力电子路中的电力电子器件都可看作理想开关,其在开通时相当于导线可用电路理论分析和建立电路的方程。从而通过软件编程实现对生成的电路的表矩阵方程进行求解,从而得到各支路的电流和电压信息[7-9]。

3.2软件平台运行

用户选择“三相桥式全控整流电路”进入实验,选择相应选项可看到如图2所示的实验电路模型[10]。

图2实验电路模型

在熟悉实验目的、实验原理和实验电路电路后,就可以开始实验操作了。实验内容窗口如图3所示。该仿真实验内容是根据图2所示的实验电路模型及要求的设计,具体操作和内容基本与实物实验一致。在根据实验电路模型进行连线的过程中,若连线错误则不能进行实验的下一步。

图3电路连接界面图

在连线正确后,学生可对主电路参数和触发控制电路的参数进行设定,如被测量参数、触发角度等,相应的波形则可在右侧窗口显示出来,如图4所示。待所有的实验结果自动写到实验记录表中去以后并保存输出实验报告。该实验可作为学生实物实验的预习和复习,将促进理论知识的深入理解和掌握并找出理论和实验之间的联系与区别。

图4晶闸管两端电压仿真结果图

4结束语

在虚拟实验平台上进行各个实验的电路的参数和所得数据与在实验台测得数据比较基本一致。通过在本校07电气工程及其自动化专业学生中对开发的实验平台进行测试,结果为其波形分析能力大大提高。其次,通过学生课下在实验平台进行实验练缩短了在实验台实际操作的时间,提高了实验设备的利用率,缓解实验设备不足的压力。