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。