曾浩然 張琳娜 趙鳳霞

(鄭州大學機械工程學院，河南鄭州450001)

1 概述

圓度誤差是控制回轉(zhuǎn)體零件精度的一個重要指標，運用各種測量儀器對圓度誤差進行測量時，不僅要運算大量的數(shù)據(jù)，而且需要將圖形實時地顯示出來，單純采用一種編程語言很難滿足要求。

Visual Basic由于其可視化的用戶界面設(shè)計功能使程序設(shè)計人員擺脫繁瑣復雜的界面設(shè)計，已經(jīng)成為快速應用程序開發(fā)(RAD，Rapid Application Development)工具的代表;但其數(shù)學計算能力不強，尤其是在大量的數(shù)據(jù)處理、矩陣運算、優(yōu)化計算時，編程復雜，工作量大，對程序設(shè)計人員要求高，開發(fā)效率低。

Matlab是Mathworks公司開發(fā)的一種用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言。它編程效率高，用戶使用方便，語句簡單，開放性較好，而且具有高效方便的矩陣運算，被廣泛用于工程計算及數(shù)值分析等領(lǐng)域。但Matlab也是一種腳本解釋語言，運算速度慢;且底層硬件操作和界面開發(fā)能力差;源代碼的公開不利于算法和數(shù)據(jù)的保密，不能用于開發(fā)商用軟件。而且，由于Matlab開發(fā)平臺的局限性，在其上面開發(fā)的程序不能夠脫離Matlab運行環(huán)境，在處理實際問題時就顯得有些靈活性不足。

由于二者各自的特點，使用一種方法將他們結(jié)合起來，各獻所長，將會給用戶的開發(fā)帶來極大的方便。本文基于VB和Matlab混合編程對圓度誤差的評定進行了研究，重點研究了利用MatrixVB和COM組件實現(xiàn)VB和Matlab的混合編程，通過零件圓度誤差評定的實例證明了該方法的可行性。

2 VB與Matlab混合編程的方法

VB與Matlab混合編程方法主要有以下幾種:①DDE編程實現(xiàn)VB與Matlab混合編程。DDE(Dynamic Data Exchange，動態(tài)數(shù)據(jù)交換)是一種開放的、與語言無關(guān)的、基于消息的協(xié)議。它允許應用程序之間共享數(shù)據(jù)，是一種建立在Windows消息系統(tǒng)上支持應用程序之間數(shù)據(jù)交換的方法;②借助ActiveX技術(shù)實現(xiàn)VB與Matlab混合編程。它與具體的編程語言無關(guān)，是一種用于模塊集成的新協(xié)議，允許應用程序或者組件控制另一個應用程序或組件的運行。ActiveX部件是一些遵循ActiveX規(guī)范編寫的具有特定功能的可執(zhí)行代碼，在某一應用程序中增加ActiveX部件后，它將為應用程序增加新的功能。在VB環(huán)境下可以通過ActiveX自動化接口將Matlab作為VB的一個ActiveX部件調(diào)用;③通過COM組件技術(shù)實現(xiàn)VB與Matlab混合編程。Matlab 6.5以后的版本都提供了Matlab COM Builder，利用該工具能夠?qū)函數(shù)文件編譯成COM組件。生成的COM組件以DLL形式存在，VB集成開發(fā)環(huán)境可以直接調(diào)用。利用該方式可以脫離Matlab環(huán)境，具有很大的靈活性;④利用MatrixVB實現(xiàn)VB與Matlab混合編程。MatrixVB是MathWorks公司針對Visual Basic開發(fā)的一個插件，它包含了600多個Matlab基本函數(shù)，可以提供大量有效的算法，包括基本的數(shù)學運算、功能強大的信號處理、線性代數(shù)、優(yōu)化運算及圖形圖像處理功能等。利用MatrixVB可以大大增強Visual Basic的計算功能和圖形圖像處理功能;⑤通過中間文件傳遞的方法實現(xiàn)VB與Matlab混合編程。用VB編寫前端用戶交互界面，收集一些必要的參數(shù)信息，并保存在一個中間文件中，可以利用異步程序調(diào)用的方法執(zhí)行Matlab程序。

通過對以上5種混合編程方法的分析介紹，可以了解幾種方法各有其特點。通過ActiveX實現(xiàn)VB和Matlab二者通信編程效率高，但脫離不了Matlab環(huán)境，占用內(nèi)存大，執(zhí)行速度慢，且在開發(fā)應用程序時使用不便。DDE方式時，必須打開Matlab，同樣不能脫離Matlab環(huán)境。與ActiveX方式不同的是，使用DDE方式必須預先打開Matlab，而ActiveX可以自動打開Matlab軟件。使用COM組件技術(shù)，可以將Matlab函數(shù)打包，完全脫離Matlab環(huán)境，在應用程序開發(fā)時使用此方法將特定功能函數(shù)打包使用，可以提高程序的開發(fā)效率。但在調(diào)用時，運行速度較低。matrixVB方法簡單，編程效率高。

各種混合編程方法都有其優(yōu)缺點，根據(jù)圓度誤差評定的技術(shù)要求和特點，同時選擇MatrixVB和COM組件兩種方式實現(xiàn)VB和Matlab的混合編程，在系統(tǒng)軟件開發(fā)過程中，充分利用了各自語言的優(yōu)點。

3 COM組件的創(chuàng)建及調(diào)用

Matlab 6.5以后的版本都提供了 Matlab COM Builder，在使用COM Builder創(chuàng)建COM 組件之前需要對Matlab COM Builde進行配置，選擇一種編譯器，如Borland C++Builder 4、Borland C++Builder 5、Microsoft Visual Studio 6.0和 Microsoft Visual Studio.NET等。在Matlab中創(chuàng)建COM組件具體步驟如下:①以函數(shù)形式編寫M文件。在M文件中，給出Matlab要完成的功能;②配置編譯器，選擇VC++或C;③在Matlab命令窗口輸入 comtool，打開 Matlab/COM/Builder(如圖1);④點擊“file”按鈕，選擇“new/project”，新建一個工程;⑤加載編寫好的M文件，并編譯，生成 COM組件;待編譯完成，選擇 Component/Package Component，用以發(fā)布應用程序。打包后的主要文件及其功能見表1。

表1 應用COM Builder工具生成的文件

在VB中調(diào)用COM組件時事先需要將組件注冊到目標計算機上，如果組件的創(chuàng)建與調(diào)用在同一臺計算機則無需注冊即可直接調(diào)用。注冊的方法是將上面組件創(chuàng)建過程中第⑤步產(chǎn)生的文件夾拷貝到目標計算機上并執(zhí)行解壓縮操作，然后執(zhí)行解壓文件夾中distrib文件夾下的組件動態(tài)鏈接文件進行注冊，之后把注冊生成的所有DLL文件拷貝到計算機的$windowssystem32目錄下即可完成注冊。最后在VB中新建一個工程項目，打開該工程項目的ProjectReference對話框，引用已經(jīng)注冊完成的組件就可以在下面的程序中調(diào)用M文件編寫的相應函數(shù)。

4 基于混合編程的圓度誤差評定實例

4.1 用VB調(diào)用Matlab優(yōu)化函數(shù)

在圓度誤差評定的4種方法中，除最小二乘法外，其他3種評定方法:最小區(qū)域法、最小外接法和最大內(nèi)接法在擬合時都會涉及到一個非線性優(yōu)化函數(shù)(linprog函數(shù))。直接用VB編寫優(yōu)化函數(shù)技術(shù)難度太大，效率太低，不易實現(xiàn)。雖然MatrixVB也提供了優(yōu)化運算函數(shù)(如lp函數(shù))，但經(jīng)過實際測試，在處理大量數(shù)據(jù)時，這些函數(shù)運算速度慢，效率低，精度不高。因此，我們采用COM組件的方式，將linprog函數(shù)打包直接在VB中調(diào)用。經(jīng)過實際測試發(fā)現(xiàn)該方法效率高，速度快，精度也較高。具體步驟為:

(1)編寫優(yōu)化算法的M文件。注意:一定是Matlab函數(shù)形式的M文件。代碼如下:

(2)確認 M文件無誤后，根據(jù)前面講述的方法打開 Matlab COM Builder，并新建工程。新建工程名和類名分別為 lpcom和 lpcomclass，如圖2所示。

(3)加載編好的 M文件，并打包。

(4)打包之后，在程序設(shè)計時，打開VB引用對話框，選擇 lpcom 1.0 Type Library(如圖3所示)。編寫代碼時，就可以直接引用了。調(diào)用部分關(guān)鍵代碼如下:

優(yōu)化求解的結(jié)果保存在變量yp中?？梢姴捎么朔椒▽崿F(xiàn)混合編程方法簡單、實用。

4.2 混合編程評定圓度誤差

下面以回轉(zhuǎn)體幾何誤差中圓度誤差為例，利用VB和Matlab混合編程，開發(fā)了圓度誤差評定系統(tǒng)，該系統(tǒng)是VB對已經(jīng)生成的COM組件的引用。評定結(jié)果如圖4～7所示，圓度誤差的計量結(jié)果如表2所示。

表2 圓度誤差計量結(jié)果 μm

5 結(jié)語

本文研究了VB與Matlab混合編程方法，利用Matlab強大的計算與數(shù)值分析能力，結(jié)合VB豐富的可視化界面功能，可以提高開發(fā)軟件的性能，降低開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期。因此，將VB和Matlab有機地結(jié)合起來將會對科研過程和工程實際產(chǎn)生巨大的影響，使程序更加專業(yè)和靈活，為商業(yè)軟件的開發(fā)提供了可能性，具有較高的實際意義。

本文所有程序均在VB6.0和Matlab6.5下調(diào)試通過，而且這里所得到的評定結(jié)果十分理想，代碼簡單、程序可移植性更高。結(jié)合實驗室現(xiàn)有圓柱度儀通過大量測量實例證明了該方法的正確性。這種方法還可以推廣到圓柱度、直線度、平面度等形狀誤差的評定計算過程中。

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