摘要：介紹了MATLABengine的用途、主要庫(kù)函數(shù)及VC調(diào)用MATLAB engine的詳細(xì)步驟,。利用這項(xiàng)技術(shù),，精確故障定位綜合軟件實(shí)現(xiàn)了以VC編寫主界面，調(diào)用MATLAB完成故障分析和波形顯示的功能,，從而縮短了程序開發(fā)周期,，減少了程序員的工作量。最后簡(jiǎn)單介紹了該軟件的其它功能,。

關(guān)鍵詞：Visual C^＋＋,；MATLABengine；精確故障定位

MATLAB是美國(guó)MathWorks公司自80年代中期推出的數(shù)學(xué)軟件,，它在矩陣運(yùn)算,、二維和三維圖形的繪制、數(shù)值擬合等方面均有極強(qiáng)的功能,，已被廣泛運(yùn)用于數(shù)字信號(hào)處理,、電力系統(tǒng)仿真等各個(gè)領(lǐng)域。MATLAB的突出特點(diǎn)是簡(jiǎn)潔,，它利用其豐富的函數(shù)資源,，給用戶帶來最直觀、最簡(jiǎn)潔的程序開發(fā)環(huán)境^［2］。

Visual C^＋＋是Microsoft公司推出的可視化編程環(huán)境,，它是目前綜合性最高,、最強(qiáng)大、也是最復(fù)雜的軟件開發(fā)工具之一,，應(yīng)用極為廣泛^［1］,。

精確故障定位綜合軟件是為多端信號(hào)輸電線路故障精確定位系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的，它實(shí)現(xiàn)的主要功能為：

(1) GPS同步循環(huán)采樣,；

(2) 嵌入超級(jí)終端應(yīng)用程序,，通過MODEM實(shí)現(xiàn)輸電線路雙端采樣信號(hào)的傳輸；

(3) 分析故障數(shù)據(jù),，判斷故障相別,，精確定位故障點(diǎn)位置；

(4) 根據(jù)采樣數(shù)據(jù)繪制故障電壓,、電流波形以及各相電壓,、電流的頻譜圖,。

本軟件的主界面是采用VC編寫,，而分析計(jì)算故障點(diǎn)位置及波形顯示等功能由MATLAB實(shí)現(xiàn)。VC的圖形界面編程能力強(qiáng)大,，菜單,、工具條、快捷方式等實(shí)現(xiàn)起來很簡(jiǎn)單,，并且生成的應(yīng)用程序可脫離VC編譯環(huán)境獨(dú)立運(yùn)行,，但要完成數(shù)學(xué)計(jì)算功能如傅立葉變換等就需用戶自己編寫函數(shù)，繁瑣不便,。而MATLAB有豐富的函數(shù)資源供用戶直接調(diào)用,，且其繪圖功能強(qiáng)大，較之VC其語(yǔ)言更為簡(jiǎn)潔明了,，并且生成的圖形可輕松實(shí)現(xiàn)多種功能,，諸如圖形添加文字說明、縮放,、旋轉(zhuǎn),、坐標(biāo)軸標(biāo)注、曲線說明等,，這些若由VC來實(shí)現(xiàn)將極為復(fù)雜,。MATLAB也有不足之處，比如它不能脫離其編譯環(huán)境運(yùn)行,，其次是它雖有界面編寫功能,，但對(duì)于一個(gè)綜合性的軟件來說其界面尚顯簡(jiǎn)單粗糙，也不及VC編寫直接快捷。因此可各取VC與MATLAB所長(zhǎng),，這就涉及到如何在VC中調(diào)用MATLAB的問題,。

1  關(guān)于MATLAB engine

1.1  MATLAB engine簡(jiǎn)介

MATLAB engine是其它編程語(yǔ)言如C、Fortran與MATLAB的應(yīng)用程序接口,，通過該接口,，我們可以從自己的程序中調(diào)用MATLAB來完成計(jì)算等功能。比如,，若要在自己的程序中完成矩陣計(jì)算,、求逆、LU分解或是進(jìn)行傅立葉變換時(shí),，利用C語(yǔ)言編程可能很復(fù)雜,，而MATLAB是以矩陣和向量為基本數(shù)據(jù)單位的，且有豐富的庫(kù)函數(shù),，調(diào)用MATLABengine來完成這些功能會(huì)很容易,。再比如，要編制一個(gè)雷達(dá)信號(hào)分析綜合軟件,，可用VC作前臺(tái)界面,，而將分析計(jì)算等功能放在后臺(tái)的MATLAB中完成，這樣可縮短程序開發(fā)周期,。

MATLAB engine可作為程序中一個(gè)獨(dú)立的過程在后臺(tái)運(yùn)行,，這種特性有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 在UNIX上，MATLAB engine可運(yùn)行在我們自己的計(jì)算機(jī)上,，也可運(yùn)行在工作站內(nèi)任意一臺(tái)機(jī)上,，即便二者機(jī)型不同。這樣,，我們就可實(shí)現(xiàn)用戶與工作站的接口并在工作站內(nèi)速度較快的計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)運(yùn)算功能,。

(2) 在使用MATLAB engine時(shí)，我們的程序只需與較小的engine庫(kù)連接,，而不必要與整個(gè)MATLAB相連,，從而節(jié)省內(nèi)存空間。

1.2  MATLAB engine庫(kù)函數(shù)

MATLAB engine庫(kù)中主要函數(shù)如下,，這里只是粗略介紹,，未涉及到在UNIX中的應(yīng)用。具體例子可參考Matlab／extern／examples下engwindemo.c(windows),。

(1) engOpen

作用：?jiǎn)?dòng)MATLAB engine,。

語(yǔ)法：

＃include“engine.h”

Engine * engOpen(const char* startcmd)；

其中,，startcmd為一字符串,，用于啟動(dòng)MATLAB過程,。在Windows中，startcmd必須為NULL.

返回值：

為一指向Engine句柄的指針,。

說明：

在PC機(jī)的Windows操作系統(tǒng)下,，engOpen實(shí)質(zhì)上打開了一個(gè)通往MATLAB的ActiveX通道。MATLAB5.3版支持ActiveX Automation,，即允許1個(gè)應(yīng)用程序(控制端)去控制另1個(gè)應(yīng)用程序(服務(wù)端)的服務(wù)器協(xié)議,。MATLAB安裝完畢后，在DOS命令下鍵入：matlab／regserver,即可在Windows的注冊(cè)表中登錄關(guān)于MATLAB的ActiveX項(xiàng),。

(2) engClose

作用：退出MATLAB engine,。

語(yǔ)法：

＃include“engine.h”

int engClose(Engine * ep)；

其中,，ep是指向Engine的指針,。

說明：

engClose發(fā)出退出MATLAB命令，成功返回時(shí)其值為0,，否則為1,。

(3) engEvalString

作用：執(zhí)行表達(dá)式中的字符串命令。

語(yǔ)法：

＃include“engine.h”

int engEvalString(Engine *ep,const char * string),；

其中,，ep是指向engine的指針，string是命令字符串,，凡可在MATLAB命令窗口中執(zhí)行的命令均可以字符串形式執(zhí)行,。例如,，繪制0～2π間的正弦曲線,，可用如下命令：

engEvalString(ep,”x＝0:0.01:2 * pi；y＝sin(x),；plot(x,y),；”)；

(4) engGetArray

作用：從MATLAB engine工作空間內(nèi)拷貝變量值,。

語(yǔ)法：

＃include“engine.h”

mxArray * engGetArray(Engine* ep,const char * name),；

其中，ep為指向engine的指針,，name是從engine中得到的mxArray名,。

說明：

engGetArray 從ep所指向的engine中讀取mxArray變量，正確返回時(shí)其值為一指向新分配的mxArray類型結(jié)構(gòu)的指針,，否則為NULL.

(5) engPutArray

作用：將變量放入MATLAB engine的工作空間,。

語(yǔ)法：

＃include“engine.h”

int engPutArray(engine *ep,const mxArray * mp)；

其中,，ep為指向engine的指針,，mp為指向mxArray的指針。

說明：

engPutArray將mxArray寫入engineep。如果工作空間中mxArray不存在,，則被創(chuàng)建,。若有同名的mxArray存在，它將被一新的mxArray取代,。

2  軟件編寫詳細(xì)步驟

本軟件編制的環(huán)境：

pwin98,VC^＋＋6.0,，MATLAB5.3，假設(shè)VC與MATLAB均裝在C盤下,。

(1) 生成幾個(gè)連接庫(kù)文件

VC^＋＋要成功調(diào)用MATLABengine,，還需要庫(kù)文件的支持。

目錄c:＼Matlab＼extern＼include下有如下文件：libeng.def,，libmx.def,，libmat.def。

在DOS命令下生成如下庫(kù)文件：

c:＼＞cd＼Matlab＼extern＼include＼

c:＼Matlab＼extern＼include＞lib／def:libeng.def／out:libeng.lib

同樣,，可生成libmat.lib,libmx.lib,。

把生成的這三個(gè)庫(kù)文件加入VC中的project-＞settings-＞link-＞object／librarymodules項(xiàng)。

(2) 編寫.mat文件

在MATLAB編譯環(huán)境下,，生成函數(shù)文件^［2］,。例如，本軟件中實(shí)現(xiàn)波形分析功能,，繪電壓波形時(shí),，從采樣程序自動(dòng)生成的故障數(shù)據(jù)文件中讀取數(shù)據(jù)至矩陣C，abc三相電壓分別對(duì)應(yīng)于矩陣C的第一,、二,、三列，以電壓為縱坐標(biāo),，時(shí)間t為橫坐標(biāo),，于是用plot語(yǔ)句即可作出電壓波形。電流,、頻譜圖也可用同樣的方法分別作出,。圖1為一m側(cè)故障電壓波形示例圖。

(3) 生成VC主界面

VC的界面編寫很容易,，可加入菜單,、快捷方式和工具條，并設(shè)計(jì)一新圖標(biāo)^［1］,，如圖2所示,。

(4) 將(2)中生成的.M文件加入VC工程中

利用engine可將(2)中生成的.M文件加入VC工程中。

首先,，在調(diào)用engine的文件開頭加入：＃include“engine.h”,。

其次,，在CmainFrame的構(gòu)造函數(shù)中加入如下代碼：

Engine * ep；

if (!(ep＝engOpen(NULL)))

｛

MessageBox(“Can't start MATLAB engine”,NULL,MB_OK),；

Return 0,；

｝

并在析構(gòu)函數(shù)中加入代碼：

engClose(ep)

而對(duì)應(yīng)于菜單波形分析-＞電壓波形，只需加入：

engEvalString(ep,“vv”)即可,。

其中,，vv是在第(2)步MATLAB中編制的繪電壓圖的函數(shù)文件。

其它如電流圖,、頻譜圖,、故障分析功能的實(shí)現(xiàn)也與上述類似。

(5) 設(shè)置其它編譯項(xiàng)

其它相關(guān)設(shè)置還包括：

在DOS命令下運(yùn)行Matlab／regserver

Project-＞C／C^＋＋-＞Preprocessor-＞Preprocessordefinitions加上：MATLAB_MEX_FILE

Tools-＞Options-＞Directories

Include files添加：c:＼Matlab＼extern＼include

Library files添加：c:＼Matlab＼extern＼include

3  本軟件其它功能

本軟件還實(shí)現(xiàn)了采樣,、通訊等功能,，現(xiàn)簡(jiǎn)要分述如下：

(1) 采樣

由于本系統(tǒng)需在與輸電線路相關(guān)的多端母線處采集電流、電壓信號(hào),，并且這些信號(hào)必須是同時(shí)同步采集到的,，故采用了基于GPS的同步采樣。GPS的特點(diǎn)是可為全球各地隨時(shí)提供一個(gè)高精度的時(shí)鐘,，并能保證各地之間的時(shí)間誤差在1 μs以內(nèi),，這樣就保證了各端信號(hào)的同步^［3］。采樣程序是預(yù)先用C語(yǔ)言編制的,，可將其在VC下生成可執(zhí)行文件,，再用SDK函數(shù)CreatProcess嵌入VC運(yùn)行。

(2) 通訊

使用調(diào)制解調(diào)器(MODEM)通過通信通道,，可實(shí)現(xiàn)輸電線路各側(cè)信號(hào)的交換,。將Windows附件中的超級(jí)終端應(yīng)用程序嵌入VC，運(yùn)行時(shí)新建一連接,，手動(dòng)撥號(hào)即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸與交換,。

(3) 幫助

為方便用戶的使用,，本軟件還編寫了幫助文件,，用戶可通過目錄和索引方便地查詢軟件運(yùn)行環(huán)境、軟件功能及各菜單項(xiàng)使用方法及用途等,。

4  結(jié)束語(yǔ)

本軟件實(shí)現(xiàn)了多端信號(hào)精確定位故障系統(tǒng)的功能,。采用VC編制界面使得人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)單方便,，一目了然,。而計(jì)算及繪圖功能MATLAB由MATLAB后臺(tái)運(yùn)行，用戶只需按照提示操作,，比如在彈出的對(duì)話框中選擇數(shù)據(jù)文件名即可看到需要的波形或故障分析結(jié)果,。當(dāng)然,，本軟件還有待進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

參考文獻(xiàn)

［1］ Kate Gregory.白軍,，譚力,，劉明輝譯.Visual C^＋＋5開發(fā)使用手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

［2］ 張宜華.精通MATLAB 5.北京：清華大學(xué)出版社,，1998.

［3］ Qingwu Gong,Yunping Chen,Chengxue Zhang,Zhimei Wang.A Study ofthe Accurate Fault Location System for Transmission Line Using Multi TerminalSignals.Proceedings of IEEE PES Winter Meeting 2000.