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论文研究-基于LabVIEW、MATLAB及Nastran混合编程的软件快速开发 .pdf 评分

基于LabVIEW、MATLAB及Nastran混合编程的软件快速开发,梁忠仔,姜金辉,基于LabVIEW、MATLAB及Nastran的混合编程,利用LabVIEW简单快捷的软件界面开发,结合MATLAB强大的计算能力,加上Nastran成熟可靠的有限元分析��
取国科技论又在线 功 软件核 界面、输入 能有 输出 图软件体系结构 该软件体系结构如图所示,软件由三部分组成,即核心层为界面、输入、输出,调用 功能程序,继而使用工程软件进行分析。软件中每个模崁分系统需要界面设计与功能实现两 部分或者界面设计、功能实现和工程软件分析三部分结合才能实现。 该软件开发方法采用瀑布模玊作为开发模型。瀑布模型将软件生命周期划分为制定计 划、需求分析、软件设计、程序编写、软件测试和运行维护等六个基本活动。此开发模型 逐步进行,逻辑清晰,避免了软件开发的迷茫和混乱,尤其适合非软件专ψ的工稈人员进行 软件开发。只体过程如图所小 制定计划 需求分析 选取三种软件 界面设计软件 程序设计 确定数据传递 方式 功能实现软件 对话框式 程序设计模式 程序编写 模块化设计 工程分析软件 程序测试 运行维护 图软件开发通用模式 软件开发过程 以下为采用上述方法,以 和 种软件的混合编程对软件 开发过程的关键技术进行进一步的说明。 软件总体方案 此多的功能集成到一个软件中,必然要求软件采用模块化设计思路。因此,在设计软件 模块时,釆用功能聚合思想,归类为三大模块,各模垬内继续棖据功能聚合,直到完成软件 模块化设计。以下为个模块化设计的实例,软件需要集成如自由度匹配、频响计算分析、 多频优化等十个功能,有些功能还有细分,如自由度匹配包括缩聚和扩阶。最终,软件完成 三个层级的模块化设计,具体如下。 取国科技论又在线 机体动力学设计 机体精细化建模 机体动特性分析 机体动力学优化设计 有约束提取 提取矩阵 机体动特性分析 阻尼器优化分析 刘有约束提取 缩聚 自由度匹配 频响计算分析 振型优化分析 扩阶 模糊评估 模型评估 瞬态计算分析 多频优化分析 频率评估 矩阵修正 机休精确建模 参数修正 图软件模块化设计 软件总体框架如图所示:软什交互界面由 编写完成,图中的所有软件模 块功能实现执行程序由 编写完成,动力学分析由 软件来完成,通过 和三种文件格式完成参数、命令和结果的传递。三者关系及数据交互如图所示 软件交互界面(|abV|EW) txt fog 执行程序 bdf 动力学分机 (MATLAB) (Nastran) 图软件框架 结合上图,三者具体功能如下: 编写的用户界面,完成用户功能选择、将用户输入写出为,调用对 应功能的执行程序执行。执行程序运行结束后,读取或结果文件,在软件界面中显 示出米。 编写的执行程序从文档中读取参数,或直接执行计算,然后将结果 写出为文件;或将参数和命令进一步改写到文件,然后调用 进行动力学分析 若进行优化设计, 编写的执行程序也会从文件中读取结果,然后进行判断, 接着重写文件,调用 分析,直到满足优化要求。 ()当 软件被调用时,直接对文件进行动丿学分析,把结果写到文件 与 结合实现具体功能 软件的具体功能,采用 编程来灾现。通过 编程,生成执行程 序,修改文件后,调用 文件进行分析,从而实现了 的结合。 取国科技论又在线 MATLAB编程 通过mcc-m“文件名’.m 命令生成 exe执行程序 通过dos( nastran 改 bd文件路径’) 命令调用 bdf文件 周用 Nastran软件 结合示意 如图所示, 结合的关键语句是: 文件路径, 即采用设置 程序环境变量的方式,使用 的函数,附上文件路径, 直接调用 进行动力学分析。按功能需求完成文件后,用 命令 来生成文件,以便 软件调用。 以频率计算分析功能为例, 编程实现从中读取力的加载节点号、激励力方 向、计算频率、输出节点号和结构阻尼系数,然后利用这些参数改写文件,使之被 调用时,进行频率响应计算分析;最后调用 软件进行动力学分析。该 程序 编写完成后,通过执行文件生成命令生成 供 调用。 结合 常见的 与 混合编程,通常采用以下三种方法实现:一是使用 节点;是使用动态链接库技术;三是使用 函数模板(该技 术基于 组件技术)。其中,第一种方法通常不用于复杂的软件开发,第二种、第 三种方法较为复杂。本论文开创性地采用通过执行系统命令的方式实现 的结合。相比于前三种方法,这种方法在保证实现功能的前提下,最简单易行, 能确保软件的快速开发。具体的执行顺序如图所示。 Labⅵw将命令和参数生成tt Labview调用执行程序 MATLAB读取txt命令、参数并执行 MATLAB生成结果文件 Labview读取并显示 图 与 结合小意 取国科技论又在线 在界面录入用户输入,按预定格式将命令和参数生成。然后通过 提供的执行系统命令控件,调用 编写生成的程序,实现 对 桿序的调用。而 软件,则会在 执行稈序里被调用,牛成结果文件。最后 读取结果文件并显示。通过执行系统命令调用执行程序过程如图所示。 机休乱待分计分桥 FrerEs.exe 团体动特性分析计算分析 图调用 编写的执行程序 此外,由于采用调用可执行稈序的方式结合 界面与 功能程序,使得软 件的维护升级非常简便,只需替换对应的执行程序即可。 软件架构选择 开始 初始化设置 输出 界面更改 执行 功能选择 输入 结束 图软件执行逻辑 图为软件的执行逻辑过程。软件启动后,先进行软件初始化设置;然后进行功能选择, 或更改界面,或执行功能,或关闭软件。需要说明的是,为了快速开发,界面更改和功能执 行不能同时操作,因而软件采用单循坏、单线程即可满足要求。考虑到实际工作时,绝少会 在软件执行运算时进行界面更改,故这种做法是可行的 考虑到软件界面需要对用户操作进行及时的反应,则应使用事件结构。由上面的分析可 知,软件架构为单线程、单循环的简单架构,所以最终采用循环条件结构事件结构 相结合的架构。 软件开发实例 由」工程需要,需要将杋伓精细化建模、机伓动特性和杋体动力学优化设计三大模块, 以及机体模态分析、频响计算分析、瞬态计算分析等小模块集成到一个软件中供工作人员使 用。以下为采用本论文方法进行该软件编程的过程。 软件界面开发 釆用选项卡以及改变控件可见性的方式进行界面开发。软件界面如图()所示 取国科技论又在线 Dicab ed and Graγ ed out引 Cica bled 计 绍示 面计 控件可用属性设置 白度匹 机体精确建楫 软件界面 控件可见属性设置 图软件界面设计 如上图所小,三大模块对应选项卡的三个选择。由于三大模块下还有小模块,所以在芥 面左侧预留空间放置小模块选择控件,且通过 中的可用属性进行控件的使用控制 具体实例如图()。不同小模块控件的转换,涉及对应输入、显示菜单的转换,可通过 控件的可见属性进行控制,具体实例如图()。 软件架构 采用循环条件结构事件结构相结合的架构,如图所示 体带性分析”-m 文汁景存 bd件2 属计分析分析 的片式 机体特性行析 发向力 吉汁算分所 发2 这计分析 过量分析上 3bkd西Md心dA- isabled 描士个数 图软件架构实例 编程以及生成执行程序 编程,从文档中读取命令和参数,改写文件,调用 进行动力 学分析,如图所示。 取国科技论又在线 FrerEs m s 19-2id1=oren fre. txt: 新打月标立件 irt2fid,‰a1x,未到fxeq,txt3) cr(未找到 reg. tx:! fide=fopenitz- 11) 9%判b是云存在,天存在则终上程 Eprir. fid,%smn,未到彧型文件.bdf!) ero卡到漠到文廾。bdf!) LSor i=1: 7 printf{fid,%sn',“模型文件乇戰A) c1o3c任id) end MA们l4B编程读取txt (MAAH编程改写bdf qk %词用 Nastran ullname-[ Icc -m FregResn fullnan dos(fullname 216- copyfile(name, bdt) MATLAB编程调用 Nastran FreqRes e FregRes m Ke 编程及生成执行程序过程 结合 通过调用可执行程序的方式,与 结合,如图所示。 体动符性分啊计算分析 regRes. exe 回 体动待生分析敖妈计兰分析 图 编程调用可执行程序 软件测试实例 米用简单模型算例对软件进行测试,简单模型为 飞机模型。 飞机 模型是由欧洲航空科技研究组织 年提出的标准模型,其具有高柔度,模态密集等特点,最初用于比较不同的测试于 段以及模态参数识别方法,被法国、德国、英国等国家的硏究机构广泛关注。该标准模型 为铝制结构,翼展 机身长度为 如图所 图 飞机模型 借助 软件直接建模,按照实际尺寸创建几何模型,然后进行网格划分。为了配合 软件使用,将模型选择 导出为文件。使用软件的机体动特性功能,计算模 取国科技论又在线 型的模态。 因工程需要,模型的前三阶计算频率与实验频率误差在以内后三阶的误差控制在 以内。下表为对飞机模型做模态试验得到的试验测试频率,发现模型误差较人。使用软 件对有限元模型进行修正,最终使得误差在允许范围内。实验与计算频率及误差分析见表。 表试验与计算频率及误差分析 阶数 测试频率 计算频率 误差 优化后频率 误差 第一阶 第二阶 第三阶 第四阶 第五阶 第六阶 结语 本论文从工程实际岀发,继承了混合编程的特点,创新性地提出了结合 和 的快速编程方法。该方法充分利用软件各自的优势,加快了界面设计 减少了函数代码,避免了重新编写算法,从而实现了软件的快速开发。该方法的缺点在于采 用混合编稈,需要软件开发人员熟悉多种软作的特点,准确选取三种软作进行混合编稈,故 对开发人员要求较高。 参考文献 钱媛媛基于 的机槭状态监测系统研制菜京:东南大学 袁培铎基于 混合编稈的应用研究信息技术 王凤娇 语言在自动控制系统校正装置设计中的应用吉林吉林大学 高峰桁架结构形状优化的理论与基于 的软件二次开发北京北京工业大学 仲仹伟手机游戏开发中软件工程的设计与改进电子技术与软件工程 徐何,李滔,李勇 混合编程方沄应用研宄科学技与工程 姚世锋,薛德庆,张彦斌,等 的混合编程软件技术, 费庆国,张令弥,李爱群,等基于不同残差的动态有限元模型修正的比较研究振动与冲击,

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