在LabVIEW下建立弹球模型

对物理对象进行建模仿真是目前来说非常流行的一种科学研究方法，一般来说，对于这种应用，可以用C语言或者Matlab来实现。作为一种编程语言，LabVIEW其实也能非常方便地实现模型的建立，特别是8.2的Simulation Module更是使得仿真建模更加方便直观，本文就将以实现一个弹球模型（Bouncing Ball）为例，跟大家介绍一下利用LabVIEW来建模的三种方式。

1．Simulation Module

Simulation Module这个模块对于LabVIEW来讲还算比较新，但是相信在以后的版本中会有更强大的功能，并且会更加完善和易用。利用这个模块对弹性球建模的程序如下图：

可以看到，整个模型一共有三个可调参数：弹性系数（即表示在与地面撞击时小球速度变为原速度的比值），初始速度以及初始高度。在Simulation Loop中，首先对重力加速度g进行积分，得到速度值，再积分得到位置值。其中还判断了位置是否过了0点（即是否与地面发生了撞击），当过了0点时，则将速度乘上弹性系数，位置重置于0。

2．G Code

不用Simulation Module，单单用LabVIEW的G code，也能对这个简单的物理模型进行仿真。下图是用LabVIEW编写的程序：

从图中可以看到，我们用了For循环使得仿真的循环次数为200，每次的dt为0.1，根据dt以及物理动力学公式，可以得到当前的速度以及位置等信息，再与上例一样进行过0检测，并进行相应的操作。可以看到，用LabVIEW编写程序稍微烦琐一点，主要是数学运算太多，使得整个Diagram过于占用面积。

3．Mathscript

Mathscript也是LabVIEW 8.2的一个新特性，目前来说，对于LabVIEW主张的是文本与图形混合编程的方式，这样可以兼顾两种编程方式的优势，使得开发效率达到最高。下图是用Mathcript编写的仿真代码：

整个Mathcript的代码是类m代码，即只要你在Matlab下能够顺利运行这些代码，那么90%你就能直接贴到这个节点里运行。如果仔细研究下程序的话，可以看到它的运算方式与用G Code类似，但是由于用到了文本编程方式，使得代码更有效率，这也是为什么用混合编程的最大原因。

下面是用了这三种仿真方式的结果比较图：

可以看到，用Simulation Module的算法由于用到了专业的Rounge-Kutta计算方法（即Solver），因此在实际的仿真结果上可以确认为可信，那么其他两种方法在减小dt的条件下也能使得其仿真效果接近Simulation Module。

总结一下，用LabVIEW建模是目前来说比较新的方法，但是由于LabVIEW拥有非常强大的数据采集功能，界面功能等优势，因此将这些与建模整合起来的话，就可以很方便地进行快速原型设计和硬件在环测试等高级应用。