EXCHANGE OF EXPERIENCE    经验交流摘要：论文通过B777飞机供电系统实例介绍了MATLAB与LABVIEW的混合编程方法在供电系统仿真中的
应用，搭建了供电系统MATLAB模型，并生成动态链接库DLL，通过在LABVIEW中调用该DLL实现了二者混合
编程仿真，在LABVIEW平台上设计了供电系统的人机交互界面，与供电系统DLL共同进行了混合仿真验证，
从仿真结果可以看出，MATLAB和LABVIEW混合编程方法应用于供电系统仿真可以快速地对设计进行验证，
缩短开发周期，减少开发成本。
关键词：供电系统仿真；MATLAB；LABVIEW；混合编程
一、前言
随着现代飞机向着多电乃至全电飞机发展，机上供电系统容量越来越大，构型越来越复杂，供电系统在工作期间的切换逻辑复杂，硬线连锁控制交联器件多，需大量的测试来验证设计的合理性，传统验证方式是搭建实物环境进行实验，周期长、花费高，设计迭代困难。
与此同时，现代飞机玻璃化座舱取代了传统的仪表，各个机载系统不再通过大量的机械仪表来向飞行员显示自身工作状态，都通过航电显示屏上直观的系统图形、颜变化、提示语音等多媒体方式显示自身的运行状态，因此，系统显示画面的设计也成为供电系统设计的重要一环，直接关系到飞行员能否快速正确地获取供电系统的运行状态，而验证其设计合理性需与航电设备进行交联试验，也不利于快速的验证和迭代。
机载设备研发周期长、费用高，如果设计方案必须在机载设备研制出来再进行验证，迭代过程必然导致研制费用增加，且研制进度难以控制，因此开发一种简单敏捷的验证方式势在必行。 
二、供电系统混合仿真验证方法
对供电系统的仿真验证可使用MATLAB/Simulink来实现，Simulink是MATLAB的一个强大的建模仿真分析组件，它的电力系统模型库SimPowerSystems集成了丰富的电力系统模型，可以方便地搭建出供电系统模型，并结合MATLAB强大的数字运算能力进行仿真，但是MATLAB并不适合开发较复杂的人机交互接口，因此不适用于开发电源控制模块和航电画面页[1]。
LabVIEW是一种图形化的开发工具，它具有丰富的控件库，可以快速地开发出良好的用户界面，并且其自定义控件功能可以由用户方便地根据需求制作出各种特殊样式的控件，因此可以方便地进行电源控制模块和航电画面页的开发，但是LABVIEW在数字运算能力和仿真分析方面相对较弱，不适合进行
复杂系统的仿真分析。
因此，采用混合编程的方法对供电系统、电源控制模块以及航电画面页进行仿真，能够充分利用上述两种软件的优势，本文将利用DLL（动态链接库）技术实现混合编程，即利用MATLAB搭建供电系统模型并生成DLL，利用LABVIEW开发电源控制模块和航电画面页，然后由LABVIEW调用供电系统的DLL，实现二者的交联仿真验证。本文将以B777飞机供电系统（交流部分）为例研究上述仿真方法在供电系统仿真中的应用。
三、供电系统建模与DLL生成
（一）供电系统建模
B777飞机供电系统（交流部分）原理图如图 1所示，它的交流电源包括两台恒频交流发电机LGEN、RGEN以及一台辅助发电机AGEN，备用电源由两台变频交流发电机LBGEN、RBGEN和一台恒频变换器组成。交流主汇流条供电优先级为：本侧主发电机高于AGEN高于异侧主发电机，交流转换汇流条供电优先级为：本侧主发电机
[2]
中国在线编程图 1 某型飞机供电系统（交流部分）原理图
MATLAB与LABVIEW的混合编程在飞机供电
系统仿真中的应用
郭    朋    陈    勇    廖怡斐    余    海
◆
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上述供电系统的模型包括电网模型和控制器模型，电网模型接受供电系统各个控制器以及电源控制模块的控制命令，仿真飞机供电系统构型、系统容错重构等功能，电网模型如图 2。控制器模型采集供电系统电网的各种状态参数，接收来自电源控制模块的控制命令，完成主发电机的投切、交流主汇流条和交流转换汇流条的转换供电、供电系统的故障保护以及解算供电系统的画面页的线条和图标的显示逻辑等功能，供电系统控制模型如图 3。
图 2 供电系统电网模型
图 3 供电系统控制器模型
供电系统DLL被LABVIEW调用时，需要输入输出接口用于电源控制模块、航电画面页进行数据交换，因此需对供电系统模型进一步封装，封装后的飞机供电系统模型如图 4。
图 4 供电系统模型
（二） DLL生成
生成DLL必须将仿真设置为定步长，然后打开Simulink配置工具Configuration Parameters，选择Cod
e Generation。在System target file中选择ert_shrlib.tlc，然后点击Build即可生成DLL以及相关的.c文件和.件， 在生成的相关文件中，主要有以下三个函数与模型本身运行相关：void B777_initialize（boolean_T firstTime）、void B777_terminate（void）以及void B777_step（void），其中void B777_initialize（boolean_T firstTime）和void B777_terminate（void）用来分配和释放DLL运行所需的内存空间，void B777_step（void）用来完成单步模型运行的解算并输出结果。此外，为了实现电源控制模块的控制命令的接收，并将画面页解算数据输出给航电画面页，需要给DLL添加输入输出函数：void setdata（int *input）、void getdata（ double *output），如图 5，然后重新编译生成B777_win32.dll[3]。
图 5 DLL内部函数
四、LABVIEW调用DLL
电源控制模块和航电画面页用LABVIEW来实现，要按照实物的样式进行布置，以便在仿真时能够及时发现设计不合理的地方，及时进行修正，特殊控件的设计可使用图片下拉列表控件导入自定义图片来实现。利用LABVIEW“互连接口”菜单下“库与可执行程序”选板中的“调用库函数节点”控件来实现DLL的调用，双击打开调用库函数节点如图 6，在“库名/路径”对话框中设置供电系统DLL的路径，在“函数名”对话框中选择调用的函数，DLL的调用需经过以下步骤：DLL初始化、设置DLL输入、DLL单步解算
、DLL单步解算输出、释放DLL内存空间。飞机供电系统的MATLAB和LABVIEW的混合仿真程序见图 7，首先调用DLL中的初始化函数对DLL运行所需的内存空间和变量值进行初始化，然后调用setdata函数，将电源控制模块的控制命令赋给DLL，再调用DLL的单步解算函数step对供电系统进行解算，然后调用getdata函数读取DLL的解算结果，即画面页的显示信息，用于画面页的显示，当供电系统仿真结束时，调用terminate函数释放DLL的内存空间。
图 6 调用库函数节点控件设置
五、运行结果与分析
飞机供电系统存在数十种工作模式，此处选择两种对混合仿真方法进行测试。图8
为供电系统正常工作模
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式下的仿真，电源控制模块采用暗设计原则，因此正常模式下指示灯全暗，此时左、右主发电机、左、右备份发电机接通，辅助发电机和外部电源断开，左、右互连开关处于自动状态，航电画面页显示正常模式下，供电系统运行状态图，绿表示正常有电，白表示无电，航电画面页显示正确、简洁。图 9为左发和APU 不工作状态，此时左、右交流主汇流条和右交流转换汇流条由右发供电，左交流转换汇流条由备用发电机供电。
图 7 DLL 调用程序
图 8 正常工作模式仿真
（上接第100页）
图 9 左发断开、APU 不工作仿真
从上述仿真结果可以看出，使用MATLAB 和LABVIEW 混合编程方法，结合了LABVIEW 强大的界面设计功能和MATLAB 的数字运算能力，在单机上实现供电系统、电源控制模块和航电画面页的交联仿真验证，能够大大降低开发成本和周期，能够很好地指导设计，具有较高的实用价值。H
参考文献
[1]李强, 王民钢, 杨尧. 快速原型中simulink 模型的代码自动生成[J]. 电子测量技术,2009,32(2):28—31.
[2]刘珂.B777飞机供电系统的性能分析[J].中国民航学院学报,1998(04):3-5.
[3]宋广东，王昌，王金玉等.基于DLL 技术和COM 组件技术实现LabVIEW 和MATLAB 混合编程[J].计算机应用与软件,2013,30(1):287-289.
（作者单位：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所）
（二）网页页面验证
首先对ESP8266进行网络连接测试，通过调试串口打印出IP 地址说明成功连接网络。进行交互界面测试，打开Web 页面分别按下K1、K2、K3按钮观察实验模块上的继电器动作，继电器有响应说明硬件与Web 页面通信正常，按下图像更新按钮显示实验模块发送相应状态的电压波行。调节变阻器滑块向模块发送指令，再次按下更新图像按钮可以看到实验电路发送的波形数据发生变化。如图7所示。测量静态工作点时控制继电器将输入信号接地，通过ADC 测得的Ue 数值计算Ic，同样其它测量操作也都是控制继电器进行信号切换，可实现测量输入电阻、输出电阻以及放大倍数，达到远程实验的目的。
图7 Web
交互界面图
四、结语
通过电路与网页实验操作验证，该虚拟仿真实验实现了远程操作、远量测试与显示等功能。相比传统实验，远程实验更加便捷、安全，用户可以在任何可联网的设备上进行实验操作，即使误操作也有软件限制不会损坏硬件，更不会有安全隐患。本研究装置最大的特点是以低成本，高效率实现Web 页面基于真实电路的远程实验，结合当下的在线学习模式，可以说未来远程实验室将会有较大的发展空间。H
参考文献
[1]陈小红.虚拟实验室的研究现状及其发展趋势[J].中国现代教育装备,2010(17):107-109.
[2]李象焜. 模电实验箱远程控制研究与实现[D].长江大学,2019.
[3] 孙耀杰, 杜森, 王国君, 等. 数字电位器的研究及应用[J]. 电子设计工程,2010,18(06):161-163.
[4]张志成.基于STM32单片机的函数信号发生器[J].自动化与仪器仪表,2014(02):70-71+74.
[5]杨鹏. 基于MQTT 协议的信息推送平台系统的设计与实现[D].电子科技大学,2015.
基金项目：武夷学院校科研基金项目(XP201806)；福建省教育厅省级教学中心建设项目（sjjxzx201701）；武夷学院2017年教育改革与教学研究项目（XJPY201705）；南平市竹产业智能加工设备科技创新公共服务平台（N2017P01）
（作者单位：叶希梅、阮建华，武夷学院机电工程学院；胡毓淋，福建省产品质量检验研究院）

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