基于BP神經網絡的電火花線切割(WEDM)工藝仿真系統(tǒng)需要具有工藝數據庫管理、工藝效果預測、加工參數優(yōu)化等設計功能。借助Matlab的神經網絡工具箱，可以建立良好的工藝效果預測模型和參數優(yōu)化模型，這正是工藝仿真軟件最主要的功能要求。VB是Windows操作系統(tǒng)下優(yōu)秀的可視化編程工具軟件，在用戶界面設計和快速開發(fā)等方面具有獨特的優(yōu)勢。同時，Matlab仿真軟件以其強大的科學計算功能和開放式開發(fā)思想使其成為當前最為流行的仿真計算工具。綜合兩種開發(fā)環(huán)境各自的優(yōu)勢，可采用VB與Matlab混合編程的方法實現工藝仿真軟件的編程開發(fā)。

在VB開發(fā)環(huán)境下制定前臺用戶界面，利用Matlab強大的計算功能實現后臺模型的實時仿真。為了實現前臺界面與后臺仿真環(huán)境間的數據傳遞，應用ActiveX自動化技術進行VB與Matlab之間的接口設計，通過建立在VB應用程序和Matlab仿真環(huán)境之間的ActiveX自動化連接，實現了在VB環(huán)境下對Matlab仿真命令的調用，并在VB友好的用戶界面中實時顯示仿真結果。

1 VB與Matlab間的接口分析

1.1 VB與Matlab接口形式

為了能夠充分利用Matlab系統(tǒng)提供的豐富函數庫，Matlab本身提供了應用程序接口API(Matlab application program interface)。因此，VB與Matlab接口設計有多種實現方式。

(1)借用C++與Matlab的接口，將Matlab的程序文件(*．M)編譯為動態(tài)鏈接庫(*．DLL)，VB在代碼中調用生成DLL中的函數，以實現算法，便于用戶脫離Matlab環(huán)境使用。由于算法部分采用C++語句，運行速度較快，可應用于實時運算。但是這種方法對開發(fā)者在設置和編程上都有較高的要求。

(2)通過使用嵌入VB中矩陣函數庫MatrixVB的方法實現接口。MatrixVB是第三方插件，利用與Matlab相似的函數、語法嵌入到VB中，可以像使用VB的函數、命令一樣使用Matlab函數。這種方法的語法和函數使用比較簡單，編程效率很高，幾乎完全可以融入VB語言，特別是對圖形的處理非常方便，彌補了其他方法在圖形處理上的弱點。但由于它仍然采用解釋執(zhí)行，執(zhí)行效率較低，因此實時運算難以實現，特別對于Matlab各類工具箱的調用尤為困難。

(3)在Visual Basic中通過調用Matlab的引擎接口，使用Windows的ActiveX技術與Matlab進行數據交互。通過Object．Execute語句在程序中直接使用Matlab提供的函數庫和圖形庫。

1.2 ActiveX自動化技術

ActiveX是一種支持組件集成MicroSoft Windows協(xié)議的自動化技術，通過ActiveX技術可以將不同環(huán)境下開發(fā)的組件集成到一個應用程序中；ActiveX同時又是一種面向對象技術，屬于組件對象模型(COM)的子類。COM為所有的ActiveX對象定義了對象模型，每個ActiveX對象支持一定的接口，即支持不同的方法、屬性和事件。利用這些方法執(zhí)行相應的動作，幫助客戶端實現一定的功能。Matlab支持兩種類型的ActiveX技術：ActiveX控制容器和ActiveX Automation。ActiveX控制容器可以將不同的ActiveX控件集成在一個應用中；而ActiveX Automation是一種允許一個應用程序(客戶端)去控制另一個應用程序(服務器端)的協(xié)議。在本文中，Matlab是服務器端，VB是客戶端，通過Automation，客戶端可以執(zhí)行Matlab命令，并與Matlab的工作空間進行數據交換，以達到調用Matlab來訓練神經網絡的目的。

2 ActiveX技術在接口設計中的應用

Matlab ActiveX自動化服務的功能主要包括在Matlab工作空間執(zhí)行Matlab命令，直接對工作空間進行存取矩陣操作等。

Matlab提供了一個自動化對象，其外部名稱為Matlab．Application，支持COM技術。外部程序(如VB)通過COM技術提供的函數，得到自動化服務器對象支持的指針，并通過調用接口函數控制和使用自動化對象。在VB應用程序中，創(chuàng)建了Matlab的ActiveX對象后，就可以使用這個對象所包含的各種方法來實現對Matlab的調用。Matlab．Application對象含有3種方法，分別是Execute，GetFullatrix和PutFullMatrix。

(1)BSTR Execute([in]BSTR Command)：BSTR表示寬字符串類型，它與VB存儲字符串所采用的數據格式相同。該方法接收字符串命令并在Matlab中執(zhí)行，將結果以字符串形式返回。

(2)void GetFullMatrix([in]BSTR Name[in]BSTR Workspace，[in，out]SAFEArray(douMe)*pr，[in，out]SAFEARRAY(double)*pi)：GetFullMatrix方法從指定的工作空間檢索一個完整的實型或虛型mxArray，其實部和虛部被分別存放到2個單獨的Double型數組中。可以利用GetFullMatrix方法將Matlab中的一個矩陣變量傳送到VB程序中的一個一維或二維數組中。其中，Name指定了Matlab中的矩陣變量名；Workspace指定了該矩陣所在的Matlab工作區(qū)；pr指VB程序中的實部數組；pi指VB程序中的虛部數組。

(3)void PutFullMatrix([in]BSTR Name，[in]BSTRWorkspaee，[in，out]SAFEARRAY(double)*pr，[in，out]SAFEARRAY(double)*pi)：PutFullMatrix方法將一個mxArray放入指定的工作空間。各參數的含義及調用方法與GetFullMatrix方法類似。

3 VB調用Matlab在WEDM仿真軟件開發(fā)中的應用

基于BP神經網絡的電火花線切割(WEDM)工藝仿真系統(tǒng)主要用于實現工藝數據庫的管理、工藝效果的預測、加工參數的優(yōu)化等功能。在VB開發(fā)環(huán)境中調用Matlab的神經網絡工具箱，是為了建立工藝效果的預測模型和加工參數優(yōu)化模型，這是仿真系統(tǒng)的主要功能。建模部分的核心代碼如下：

該部分程序的作用是VB把用戶輸入的參數傳到Matlab空間，在Matlab的空間中利用神經網絡工具箱訓練網絡，將結果輸出。進而實現仿真系統(tǒng)幾個模型的建模。array 1是訓練神經網絡時的樣本輸入數據，包括工件厚度T(單位：mm)、脈沖寬度tON(單位：s)、脈沖間隔tOFF(單位：s)、峰值電流IP(單位：A)、間隙電壓VS(單位：V)；array 2是樣本輸出數據，包括切割速度vw(單位：mm2／min)表面粗糙度Ra(單位：μm)。圖1為線切割工藝仿真系統(tǒng)主控界面，包括加工參數數據庫、系統(tǒng)建模、工藝效果的預測及參數優(yōu)化等部分。建立模型時，首先利用數據庫中的參數訓練模型，模型訓練完成后，便可以對不同加工參數所對應的加工效果進行預測，并對給定材料、厚度條件下的加工參數進行優(yōu)化，給出優(yōu)化結果。

建模所需的樣本數據如表1所示，網絡訓練的結果如圖2所示。

為驗證模型的正確性，用沒有參與神經網絡訓練的驗證數據檢驗模型，結果如表2所示。從仿真結果可以看出，利用VB調用Matlab混合編程建立的預測模型可以反映機床的工藝規(guī)律，建模是成功的?？梢詰糜趯嶋H生產中。

4 結 語

VB與Matlab混合編程簡單方便，效率高，能夠應用于WEDM仿真系統(tǒng)中，以實現系統(tǒng)功能。缺點是要依托于Matlab平臺，執(zhí)行速度慢，靈活性較差。（現代電子技術 蘇 軍，孫科峰）