第33卷第4期2014年4月实验室研究与探索ＲESEAＲCHANDEXPLOＲATIONINLABOＲATOＲYVol．33No．4Apr．2014基于LabVIEW和Matlab虚拟实验室的实现赵莉华，张亚超，金阳，梁勇，任泽生(四川大学电气信息学院，四川成都610065)摘要:对Matlab和LabVIEW的混合编程进行了探讨，主要研究SIT软件包和动态链接库(DLL)两种技术，并在此基础上以单相半波电路实验为例详细介绍了构建虚拟电力电子实验室的方法及各自的技术优点。通过对比，SIT技术可以使得LabVIEW调用Matlab的过程变的简单，易于实现，但不能脱离Matlab环境，而动态链接库(DLL)技术实现的过程比较复杂，却可以完全脱离Matlab编程环境。两种方法都成功实现了软件仿真及虚拟实验室的Web发布。关键词:电力电子;虚拟实验室;LabVIEW;Matlab;SIT中图分类号:T391;G642．0文献标志码:A文章编号:1006－7167(2014)04－0062－03ImplementationofVirtualLaboratoryBasedonLabVIEWandMatlabZHAOLi-hua，ZHANGYa-chao，JINYang，LIANGYong，ＲENZe-sheng(SchoolofElectricalEngineeringInformation，SichuanUniversity，Chengdu610065，China)Abstract:Inrecentyears，virtuallaboratorytechnologyhaswonourhighfavorinareasofteachingandresearchowningtoitsadvantages，suchasgoodinteractivityandundemandingrequirementsforhardware．ThisarticlediscussesthemixedprogrammingofMatlabandLabVIEW．Then，twokindsoftechnology—SITsoftwarepackageandDLLaremainlystudied．Onthisbasis，adetailedaccountofthemethodsofbuildingavirtualelectronicpowerlaboratoryandrespectivetechnicaladvantagesaregiven，bytakingasingle-phasehalf-wavecircuitexperimentasanexample．Bycontrast，SITcanmakethecallingprocessofMatlabinLabVIEWanditsimplementationsimpleandeasy，butitcannotbeseparatedfromtheMatlabenvironment．TherealizationprocessofDLLtechnologyismorecomplex，butitcanbecompletelydetachedfromtheMatlabenvironment．Bothmethodscansuccessfullyachievesoftwaresimulationandwebpublishingofvirtuallaboratory．keywords:electronicpower;virtuallaboratory;LabVIEW;Matlab;SIT收稿日期:2013－06－25作者简介:张亚超(1989－)，男，河南周口人，硕士，主要从事虚拟仪器教学研究及电力电子在电力系统中的应用。Tel．:15928825418;E-mail:anlabear1989@163．com通信作者:赵莉华(1968－)，女，四川成都人。副教授，硕士生导师，主要研究方向:电力电子技术在电力系统中的应用，新能源等。E-mail:tyorika@163．com0引言随着虚拟实验技术的成熟，人们开始认识到虚拟仿真实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作，在实验教学方面也具有利用率高，易维护等优点。近年来，国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了一些虚拟实验室，大大减少更新设备资金的投入，同时也给实验教学带来了一个新的模式，具有广泛的应用前景［1］。1虚拟实验室概述虚拟实验室是一种由虚拟仪器组成，基于Web技术、虚拟仿真技术构建出的开放式网络化的实验平台，虚拟仪器起始于美国国家仪器(NationalInstruments，NI)公司于1986年由Macintosh设计的Labview1．0。近几年来，随着计算机硬件技术和软件技术的飞速发展，虚拟仪器技术正朝着高性能、多功能、集成化以及网络化的方向飞速发展。与传统实验室相比，虚拟实验室具有以下特点:11开放性强22智能化程度高33易于维护44安全性高55人机交互界面友好66经济性好。这些优点都是传

第4期赵莉华，等:基于LabVIEW和Matlab虚拟实验室的实现统实验室所不具备的，弥补了传统实验室的不足［2-4］。2基于LabVIEW与Matlab电力电子虚拟实验室的系统结构LabVIEW作为目前国际上唯一的编译型图形化编程语言，把复杂、繁琐、费时的语言编程简化成用菜单或图标提示的方法选择功能，使用线条把各种功能连接起来的简单图形编程方式，大大提高了开发软件的工作效率。Matlab矩阵实验室(MatrixLaboratory)是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括Matlab和Simulink两大部分。其中Simulink是1992年由mathworks公司推出的用来进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境，在该环境中，无需大量书写代码，只需要通过Simulink提供的丰富的功能模块，就可以迅速创建一个复杂的系统模型。2．1虚拟实验室可实现的功能本虚拟实验室的实现是在LabVIEW和Matlab的环境下完成的，在电力电子虚拟实验室中，学生进行实验不再受时间、地点、安全等因素的约束，通过网络连接到虚拟实验室，选择电力电子规定教材中如单相半波电路实验、单相桥式整流电路等常规实验，通过参数修改，实验仿真，观察实验波形等来进行实验，仿真结束以后还可以对结果进行分析存储等，虚拟实验室进一步加深学生对电力电子实验的理解，达到能够用纯软件仿真代替真实实验的目的。2．2虚拟实验室的网络结构在虚拟实验室里，实验人员通过运行浏览器请求远端HTTP服务器，服务器响应请求并根据客户类型传送到相应的页面，浏览器解析文件，产生交互实验界面。选择实验项目，调整相应的实验参数，然后向LabVIEW服务器发送实验参数和仿真命令。如果一切正常，则服务器响应请求、接收数据并创建一个新的进程来处理用户的请求，这个新创建的进程通过调用Matlab计算引擎运行相应的实验模型文件进行仿真。仿真结束后，LabVIEW服务器把仿真结果以数据包的形式发回客户端，客户端再以图像或数据的形式显示给实验人员。实验人员可以看到逼真的动态实验过程，还可以对实验所得到的数据进行保存分析等。虚拟实验室的网络结构流程如图1所示。图1虚拟实验室的网络结构流程图3电力电子虚拟实验室的构建方案通过单相半波电路实验为例来介绍本文所采用的两种电力电子虚拟实验室的构建方法。3．1基于SIT的虚拟实验室实现由NI公司开发的SIT(SimulinkInterfaceToolkit)工具包可以实现LabVIEW与Matlab的无缝集成，自动生成与Simulink模型接口的LabVIEW代码，具体实现方法为:(1)单相半波电路模型的建立。在Matlab/Simulink环境下建立单相半波电路的仿真模型［5］。单相半波电路的仿真模型如图2所示。(2)人机交互界面的设计。为了使实验过程更加直观，生动，需要在LabVIEW环境下创建实验界面，并进行适当美化。实验界面包括了单相半波电路仿真模拟图，系统的输入参数(触发时间、周期、电压等参数)以及需要观测的信号波形等。图2单相半波电路仿真模型(3)构建LabVIEW人机交互界面与Simulink仿真模型的连接。通过SIT工具包实现LabVIEW人机交互界面与Simulink模型的无缝集成［6-9］。3．2基于LabVIEW中的CLF(CallLibraryFunction)节点虚拟实验室的实现上一种方法中，通过SIT工具包实现了LabVIEW与Matlab的无缝集成，过程简单易于实现，但不足之36

实验室研究与探索第33卷处就是仿真运行是不能脱离Matlab的仿真环境，有些繁琐。可以通过dll文件来解决这个问题［10-13］。Windows中，DLL(动态数据链接库)是一种很特别的可执行文件，可以被多个Windows应用程序同时访问，具有固定的共享数据段，因此可以通过DLL实现LabVIEW和Matlab之间的数据传输和函数调用具体实现过程:①同方法1步骤1;②DLL文件的生成及LabVIEW对dll文件的调用。传统做法是将Matlab/Simulink中的mdl文件转换成C代码，再通过VC++程序将C代码转换成LabVIEW可以调用的dll文件，流程如图3所示。图3传统dll文件生成流程由于从C代码生成dll文件的过程非常繁琐，本文所采用的是通过Matlab中的ＲTW可直接跳过C代码过程生成LabVIEW所需要的dll文件，简单方便。流程如图4所示。LabVIEW中的CLF节点可以对dll文件进行配置，实现对dll文件的调用。配置之前必须知道以下信息:11函数返回的数据类型;22函数调用的方式;33函数的参数及类型;44DLL文件的位置，然后对CLF节点进行配置，配置完毕以后，连接对应的控件即可运行仿真模型。图4ＲTW生成dll文件流程4虚拟实验室的网络发布LabVIEW软件具有良好的开放性，可以方便的将VI程序发布到互联网上，并为远程浏览器和本地服务器之间提供TCP、FTP等接口，其网络结构框架如图所示本实验室的实现的网络发布方式是利用LabVIEW的网络服务器进行发布的［14-15］。按照上述两种方法连接Matlab和LabVIEW，在LabVIEW中创建友好的人机交互界面，在LabVIEW的前面板中点击“工具/Web发布工具”进入Web发布工具的对话框，选择所要发布的VI，进行配置以后，会生成一个UＲL链接，通过浏览器就可以打开这个虚拟实验室进行仿真。将电力电子规定教材中的实验整合到一起做成一个完整的虚拟实验室，发布到网上。5结语基于LabVIEW和Matlab构建的虚拟实验室，实现了实验室的纯虚拟化，并完成了实验的软件仿真及虚拟实验室的Web发布。通过LabVIEWSimulationInterfaceToolkit，LabVIEW和Matlab实现了无缝集成，使LabVIEW调用Matlab的过程变得简单，方便，易于实现，但不能脱离Matlab的编程环境，而Matlab/Simulink可以使mdl文件转换成DLL文件，然后LabVIEW通过CLF节点来调用DLL文件来完成对Matlab的调用，过程比基于SIT工具包的方法复杂，但却可以完全脱离Matlab编程环境。虚拟实验室的开发，解决了实验资源紧缺的问题，提高学生实验的自主性，作为教学科研及学生实验预习的一种辅助手段，能够获得良好的效果。参考文献(Ｒeferences):［1］王英霞，刘浩，魏克新．电力电子网络实验室的构建［J］．天津理工大学学报，2007(4):74-76．WANGYing-xia，LIUHao，WEIKe-xin，Designofaweb-basedvirtuallaboratoryofElectricpowerandelectronicexperiment［J］．JournalofTianjinUniversityofTechnology，2007(4):74-76．［2］向学军，杨盛，刘平．两种LabVIEW、Matlab结合的控制系统数字仿真方法比较［J］．自动化与仪器仪表2006(5):83-85．XIANGXue-jun，YANGSheng，LIUPing．ComparisonofTwoKindofLabVIEW、MatlabControlSystemCombinedWithDigitalSimulationMethod［J］．Automation＆Instrumentation，2006(5):83-85．［3］王英霞．基于LabVIEW的虚拟实验室的研究与实现［D］．天津:天津理工大学，2007．［4］NationalInstruments，IntegratingtheInternetintoYourMeasurementSystem［Z］．2002．［5］林飞，杜欣．电力电子应用技术的Matlab仿真［M］．北京:中国电力出版社，2008．［6］杨乐平．LabVIEW程序设计与应用［M］．2版．北京:电子工业出版社，2001:381-408．［7］高辉，刘金锦，李艳，等．应用SIT和ＲTW实现LabVIEW与Matlab/Simulink的混合编程［J］．仪器仪表学报，2009，30(10):166-169．GAOHui，LIUJin-jin，LIYanetal．UsingSITandＲTWtorealizethemix-programmingofLabVIEWandMatlab/Simulink［J］．ChinessJournalofScientificInstrument，2009．30(10):166-169．［8］王兆安，黄俊．电力电子技术［M］．5版．北京:机械工业出版社，2001:119-129．［9］杨尔滨，丁炜．基于LabVIEW的虚拟电力系统谐波测试仪研究［C］//上海:上海电力学院电力工程系，2002．YANGEr-bin，DINGWei．AＲesearchontheVirtualPowerHarmonicMeasurementBasedonLabVIEW［C］//ShanghaiUniversityofElectrcPower，2004:1256-1260．［10］姜志玲．虚拟仪器在电力系统中的应用［P］．南昌:华东交通大学电气与电子工程学院，2003．JIANGZhi-ling．TheApplicationofVirtualInstrumentTechnologyinElectricPowerSystem［C］//HuadongJiaotongUniversity，2003:1171-1173．(下转第67页)46

第4期韩笑，等:一种可调整动作时间的模拟断路器3．2跳合闸延时程序完成对断路器跳合闸时间的延迟以及跳合闸时间的选择控制。3．3跳合闸时间显示程序完成模拟断路器动作时间及动作后相关状态信息的显示。4结语该数字式模拟断路器达到预期要求，能够接收继电保护装置发出的动作信号完成跳闸、合闸操作;能够实现手动合闸，手动跳闸，三相/分相操作选择;可代替真实断路器来模拟其固有的跳合闸时间，是一套较好的电力系统继电保护调试装置。该装置硬件电路简单，性价比高，能够在电力系统继电保护实验教学中广泛推广应用。参考文献(Ｒeferences):［1］韩笑．电力系统继电保护［M］．北京:机械工业出版社，2011．［2］王澎，孙玉成，邱金辉，等．微机型继电保护测试用模拟断路器的研制［J］．电网技术，2003，27(4):83-86．WANGPeng，SUNYu-cheng，QIUJin-hui，etal．DevelopmentofSimulatedCircuitBreakerforTestingofMicrocomputerBasedProtectiveＲelaying［J］．PowerSystemTechnology，2003，27(4):83-86．［3］吴康雄．一种模拟断路器的设计原理［J］．电力建设，2000，21(2):37-39．WUKang-xiong．DesignPrineiplesforaSimulatedCircuitBreaeker［J］．ElectricPowerConstruction，2000，21(2):37-39．［4］谢辉庆，李学全，康忠诚．模拟断路器设计［J］．数字通信，2011，38(5):87-92．XIEHui-qing，LIXue-quan，KANGZhong-cheng．DesignofSimulatedCircuitBreaker［J］．DigitalCommunication，2011，38(5):87-92．［5］徐国正，张节容，钱家骊，等．高压断路器原理和应用［M］．北京:清华大学出版社，2000．［6］李建基，高压断路器及其应用［M］．北京:中国电力出版社，2011．［7］许兆凤，马燕峰，盛兆俊．一种实用的断路器模拟装置设计［J］．电力自动化设备，2003，23(5):49-50．XUZhao-feng，MAYan-feng，SHENGZhao-jun．Designofappliedbreakersimulationequipment［J］．ElectricPowerAutomationEquipment，2003，23(5):49-50．［8］李学武，王程有．牵引变电所组合式断路器模拟装置的研制［J］．电测与仪表，2010，47(533):52-54．LIXue-wu，WANGCheng-you．DevelopModularSimulatorofCircuitBreakersInstalledintheTractionSubstation［J］．ElectricalMeasurement＆Instrumentation，2010，47(533):52-54．［9］沈建华，杨艳琴．MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践［M］．北京:北京航空航天大学出版社，2008．［10］王袒林，肖军．西门子SF6断路器灭弧室结构及其时间特性测试［J］．高压电器，2011，37(6):46-48．WANGZu-lin，XIAOJun．Arc-QuenchingChamberStructureanditsTimingCharacteristicforSF6CircuitbreakersofSiemens［J］．HighVoltageApparatus，2011，37(6):46-48．［11］康华光．电子技术基础(模拟部分)［M］．北京:高等教育出版社，2010．［12］张小波，张天成．基于W78E516B的模拟高压断路器研制［J］．电力自动化设备，2005，25(5):61-63．ZHANGXiao-bo，ZHANGTian-cheng．DesignandImplementationofHighVoltageBreakerSimulatorBasedonW78E516B［J］．ElectricPowerAutomationEquipment，2005，25(5):61-63．［13］徐爱钧．IAＲEWAＲMV5嵌入式系统应用编程与开发［M］．北京:北京航空航天大学出版社，2009．［14］秦龙．MSP430单片机C语言应用程序设计实例精讲［M］．北京:电子工业出版社，2006［15］张毅刚．单片机应用设计［M］．哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿1997．(上接第64页)［11］赵月飞，冯长江，余建华．电工电子网上虚拟实验室的建设与应用［J］．实验室研究与探索，2003(4):95-97．ZHAOYue-fei，FENGChang-jiang，YUJian-hua，ConstructionandApplicationofNetworkVirtualLabforElectricandElectronicExperiment［J］．ＲesearchandExplorationinLaboratory，2003(4):95-97．［12］江建军，周毅．基于虚拟仪器的网络虚拟实验室构建［J］．仪表技术，2003(5):11-12．JIANGJian-jun，ZHOUYi，NetworkVirtualLab．BasedonVI［J］．InstrumentationTechnology，2003(5):11-12．［13］程琼，余露，向斓，等．基于LabVIEW和Matlab的电力电子虚拟实验室的构建［J］．理工高教研究，2010(6):89-91．CHENGQiong，YULu，XIANGLan，etal．ConstructionofVirtualLaboratoryofPowerElectronicsBasedonLabVIEWandMatLab［J］．JournalofHigherEducationinScience＆Technology，2010(6):89-91．［14］王慧．基于LabVIEW的虚拟仪器的实验教学研究［D］．上海:复旦大学，2008:31-40．［15］王禹林，雄振华，丁汉．LabVIEW与Matlab的无缝集成［J］．计算机应用，2006，26(3):695-702．WANGYu-lin，XIONGZhen-hua，DINGHan，SeamlessintegrationbetweenLabVIEWandMatlab［J］．ComputerApplications，2006，26(3):695-702．76