在LabVIEW下建立彈球模型

對(duì)物理對(duì)象進(jìn)行建模仿真是目前來說非常流行的一種科學(xué)研究方法，一般來說，對(duì)于這種應(yīng)用，可以用C語言或者Matlab來實(shí)現(xiàn)。作為一種編程語言，LabVIEW其實(shí)也能非常方便地實(shí)現(xiàn)模型的建立，特別是8.2的Simulation Module更是使得仿真建模更加方便直觀，本文就將以實(shí)現(xiàn)一個(gè)彈球模型（Bouncing Ball）為例，跟大家介紹一下利用LabVIEW來建模的三種方式。

1． Simulation Module

Simulation Module這個(gè)模塊對(duì)于LabVIEW來講還算比較新，但是相信在以后的版本中會(huì)有更強(qiáng)大的功能，并且會(huì)更加完善和易用。利用這個(gè)模塊對(duì)彈性球建模的程序如下圖：

可以看到，整個(gè)模型一共有三個(gè)可調(diào)參數(shù)：彈性系數(shù)（即表示在與地面撞擊時(shí)小球速度變?yōu)樵俣鹊谋戎担?，初始速度以及初始高度。?/SPAN>Simulation Loop中，首先對(duì)重力加速度g進(jìn)行積分，得到速度值，再積分得到位置值。其中還判斷了位置是否過了0點(diǎn)（即是否與地面發(fā)生了撞擊），當(dāng)過了0點(diǎn)時(shí)，則將速度乘上彈性系數(shù)，位置重置于0。

2． G Code

不用Simulation Module，單單用LabVIEW的G code，也能對(duì)這個(gè)簡(jiǎn)單的物理模型進(jìn)行仿真。下圖是用LabVIEW編寫的程序：

從圖中可以看到，我們用了For循環(huán)使得仿真的循環(huán)次數(shù)為200，每次的dt為0.1，根據(jù)dt以及物理動(dòng)力學(xué)公式，可以得到當(dāng)前的速度以及位置等信息，再與上例一樣進(jìn)行過0檢測(cè)，并進(jìn)行相應(yīng)的操作?？梢钥吹剑?/SPAN>LabVIEW編寫程序稍微煩瑣一點(diǎn)，主要是數(shù)學(xué)運(yùn)算太多，使得整個(gè)Diagram過于占用面積。

3． Mathscript

Mathscript也是LabVIEW 8.2的一個(gè)新特性，目前來說，對(duì)于LabVIEW主張的是文本與圖形混合編程的方式，這樣可以兼顧兩種編程方式的優(yōu)勢(shì)，使得開發(fā)效率達(dá)到最高。下圖是用Mathcript編寫的仿真代碼：

整個(gè)Mathcript的代碼是類m代碼，即只要你在Matlab下能夠順利運(yùn)行這些代碼，那么90%你就能直接貼到這個(gè)節(jié)點(diǎn)里運(yùn)行。如果仔細(xì)研究下程序的話，可以看到它的運(yùn)算方式與用G Code類似，但是由于用到了文本編程方式，使得代碼更有效率，這也是為什么用混合編程的最大原因。

下面是用了這三種仿真方式的結(jié)果比較圖：

可以看到，用Simulation Module的算法由于用到了專業(yè)的Rounge-Kutta計(jì)算方法（即Solver），因此在實(shí)際的仿真結(jié)果上可以確認(rèn)為可信，那么其他兩種方法在減小dt的條件下也能使得其仿真效果接近Simulation Module。

總結(jié)一下，用LabVIEW建模是目前來說比較新的方法，但是由于LabVIEW擁有非常強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集功能，界面功能等優(yōu)勢(shì)，因此將這些與建模整合起來的話，就可以很方便地進(jìn)行快速原型設(shè)計(jì)和硬件在環(huán)測(cè)試等高級(jí)應(yīng)用。