摘  要： 首先分析了MATLAB與VC++在懸置系統優化設計編程方面的優缺點，接著闡述了懸置系統的優化設計和MATCOM轉化法的基本原理，給出了求解固有特性的m文件，通過創建優化平臺，結合算例和操作步驟進行混合編程，詳細地提出了一種高效的優化設計編程方法。通過在系統平臺的應用，表明MATCOM轉化法混合編程能無縫結合，大大縮短了優化設計的周期，提高了效率。
關鍵詞： MATLAB；VC++；混合編程；優化設計；解耦

    在工程計算中，多數工程的實現幾乎都要涉及多目標函數的優化，常規的解決辦法是運用MATLAB或VC++軟件進行編程計算，但目前這些軟件都還存在一些不足。一方面MATLAB雖有強大的計算能力和強大的數據處理能力，但是由于程序不能脫離其MATLAB環境運行，限制了程序的通用性和應用開發，不利于后續編程；另一方面Visual C++程序的代碼運行效率高，界面設置交互性也比較好，但是由于在函數計算能力方面的不足，很大程度上加大了編程人員對一般數學函數和算法的工作量。通過合適的編譯器，結合MATLAB和Visual C++混合編程能有助于界面開發和代碼重用，而且算法精確度高，可擴展性強，混合編程連接性較好[1]。
    近年來隨著動力總成懸置系統設計工程的發展，絕大部分研發人員在系統設計時以系統的固有頻率和解耦程度為合理設計目標，運用MATLAB的GUI界面實現優化面板設計，這在一定程度上可以很好地提高運算能力，但卻制約了程序升級和改進的可擴展性能力。針對這些工程問題，本文提出了一種基于MATCOM轉換法的VC++與MATLAB混合編程。傳統的VC++與MATLAB混合編程一般是在VC++環境下調用MATLAB編寫的函數，在函數參數傳遞方面多用MATLAB編寫優化算法函數，總是將目標函數的匿名函數作為其參數之一，以此來達到優化目標函數的目的。然而在C++語言中是不能將函數作為參數調用的，關于VC++與MATLAB混編參數調用這方面的文章也相當少，本文提出了一種解決上述參數調用的方法。由于混編后的程序可以脫離MATLAB運行，程序的速度和效率都得到了極大的提升。本文充分發揮MATCOM轉換法的優勢，將高難度的算法研究與實際應用結合在一起，達到了程序簡潔、編程效率提高和算法更易實現的目的。
1 懸置系統優化分析
1.1 懸置系統優化原理分析
    一般情況下，都是把動力總成視為剛體，同時把動力總成懸置系統視為有3個移動自由度和3個轉動自由度的一個空間6自由度振動系統，對應6個模態，包括前后移動模態、左右移動模態、上下移動模態、橫向轉動模態、縱向轉動模態和左右轉動模態，懸置系統模型如圖1所示。

 
    目前應用比較普遍的模態解耦度評價指標是用模態的能量比值概念來表示的。第j階振型中第k個自由度的振動能量占該階運動總能量的百分比可以表示為：
    

    采用第二種MATCOM轉化法，結合算例，將MATLAB中計算函數的m文件轉化為VC++可識別的文件；接著，通過創建VC++工程，將所需文件加入工程目錄中。
2 VC++與MATLAB混合編程的實現

2.1 算例分析
    本文將針對某國產自動檔車型的振動問題，分析基于遺傳算法的動力總成懸置系統多目標剛度優化，優化的目標為9個剛度設計變量，以解耦度最大為最佳優化目標，此平臺采用加權系數法對6自由度解耦度進行加權，形成適應度函數如下：
    
    基于遺傳算法，優化的目標是使得f適應度值最大，交叉概率和變異概率分別取0.3、0.2，種群染色體個數設置為30，優化代數設置為400，約束條件設置固有頻率在6 Hz～18 Hz之間，相鄰固有頻率最小為1 Hz。為了便于動態分析和實現混合編程，同時給出了懸置系統的基本參數。表1是動力總成質量和慣性參數，表2為懸置系統位置和安裝方向角參數。

2.2 實現混合編程
    實現方法是運用MATCOM生成動態鏈接庫文件，這種方法在實際工程中使用較多，運用也比較靈活，易于實現MATLAB與VC++之間的函數、參數之間的傳遞。最好的情況是能直接使用MATCOM編譯生成cpp文件，而不是直接使用dll文件[4]。下面以懸置系統優化為例進行說明，步驟如下：
    (1)在MATLAB中生成m源文件，通過MATCOM編譯器在當前目錄文件夾中生成三種4個VC++可識別的文件，然后添加到VC++工程目錄下。在實現混合編程之前，根據MATLAB編程規則，在軟件中實現編寫求解固有頻率和解耦度的m程序文件，其程序主要部分如下所示：
function[P,v,s,t]=jieoudu(m2,X,U,r,J)
%定義輸入輸出函數 jieoudu，P,v,s,t為輸出數組，m2,X,U,r,J為輸入數組
K1=f1′ * t1′ * k1 * t1 * f1;
%K為系統的剛度矩陣，其中 f1′為求逆矩陣
K2=f2′ * t2′ * k2 * t2 * f2;
K3=f3′ * t3′ * k3 * t3 * f3;
K=K1+K2+K3;
[v,d]=eig(inv(M)*K);
%求特征向量、特征值
…
    其中，m2、X、U、r、J為輸入數組，是從VC++編輯框輸入傳給jieoudu函數的要進行求解固有頻率和解耦度的參數，特別需要注意的是逆矩陣函數和eig函數，如果這兩個函數在C++中實現，需要編輯大量的語句才能實現。
    (2)創建一個名為youhuapingtai，基于對話框的MFC(exe)工程。
    (3)將MATCOM編譯器生成的4個文件拷貝到建立的工程youhuapingtai目錄下。然后將拷貝的4個文件加入到VC工程中：工程→添加工程→文件。
    (4)在youhuapingtaiDlg.cpp中進行主要程序編輯，其主要代碼如下所示：
    #include "matlib.h"
    #include "jieoudu.h"
//添加jieoudu函數頭文件static void
    initialization(CYouhuapingtaiDlg* dlg);//初始化種群
  …
    其中，添加頭文件#include"matlib.h"和#include"jieoudu.h"，用于調用由MATLAB編譯的jieoudu庫文件。
    void CYouhuapingtaiDlg::diaoyong()
//定義diaoyong函數
    {
    dMm (X);dMm (U);dMm (r);dMm (J);dMm (P);dMm (v);
dMm (s);dMm (t);//用Mm來定義矩陣變量[5]
    M_VECTOR(X,data1);
    //M_VECTOR宏將控件中的矩陣數據傳給函數輸入變量
    …
    initM(MATCOM_VERSION);  //初始化matlib庫，MATCOM_VERSION是一個在matlib. h中定義了的常量,它保證了動態鏈接庫與matlib. h相匹配
    jieoudu(m2,X,U,r,J,i_o,P,v,s,t);//調用編譯好的MATLAB
程序jieoudu， i_o為分隔符，前為輸入，后為輸出
    …
    exitM();     //調用結束
       }
    在函數static void initialization()中，傳遞一個cyunxingdlg類型的指針變量 ，編寫了如下主要隨機生成初始數據的子程序：
    static void initialization(CYouhuapingtaiDlg*dlg)
//初始化種群函數
    {    for(i=1; i<=POP_SIZE; i++)
        {
          mark:  //運用mark循環來處理約束條件
          x[1]=myu(dlg->m_x11,dlg->m_x12);
//參數取隨機值（染色體賦約束條件
范圍隨機值，能減少程序計算量）
                …
          if(constraint_check(x,dlg)==0)
            goto mark;
                //if語句調用處理約束條件函數
          for(j=1; j<=N; j++)
        CHROMOSOME[i][j]=x[j];//染色體賦初始值
          }
    }
    (5)一般在這種情況下編譯會出現下列錯誤：fatal error C1010：unexpected end of file while looking for precompiled header directive。因此，需要進行下列設置：工程→設置→C/C++，選擇precompiled headers 選擇第一或第二項：自動選擇預補償頁眉。執行即可通過編譯。
    (6)運行程序，輸入參數，點擊“優化計算”按鈕，再點擊“顯示優化結果”，出現計算結果顯示平臺。
    應用MATCOM轉化法改進MATLAB和VC++的混合編程的不足，如對class數據類型部分支持eval、feval等語句不能在C++中實現、圖形窗口有些不盡人意等問題，在編程過程中，已經避免了運行出現以上的問題。
    軟件平臺是基于MATCOM轉化法的混合編程，在運算時，明顯能感到其計算速度和效率的提高。結果中，固有頻率和解耦度的輸出結果也是相當滿意的，在6個固有頻率下，各模態的能量解耦度都能占到90%以上。
    本文通過懸置系統優化平臺無縫結合的實踐運用，以及平臺的穩定測試，解決了VC++在解決矩陣處理問題上的弊端，簡化了編寫程序的復雜性，同時也有效地提高了MATLAB在可移植性的底層編程功能和界面開發能力，對復雜算法的系統開發提供了一種強有力的技術支持。基于MATCOM轉化法的VC++與MATLAB混合編程，其程序代碼在編譯后封裝于鏈接庫中，因此也有利于保護軟件的著作權。
參考文獻
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[2] 龐劍，何華.汽車噪聲與振動-理論與應用[M].北京：北京理工大學出版社，2006：280-283.
[3] 王毅，樊明，何聯.基于Matcom的MATLAB與VC++混合編程分析[J].哈爾濱商業大學學報，2007，23(3)：311-314.
[4] 聞斌，崔建昆.MATLAB與Visual C++的聯合應用[J].計算機與現代化，2004(2)：14-15.
[5] 劉維.精通MATLAB與C/C++混合程序設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008：257-315.