[整理版]matlab和labview在灰色猜测中的应用

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福 建 电 脑 福 建 电 脑 ２００８年第７期 福 建 电 脑
Ｍａｔｌａｂ
和
ＬａｂＶＩＥＷ
在灰色预测中的应用
成 琴，王启志
（华侨大学 机电及自动化学院 福建 泉州 ３６２０２１）
【摘 要】：本文建立灰色模型对能够表征大型旋转机组的运行状况的振动烈度值进行预测，并研制了能够适应不同用
户和不同环境的虚拟仪器平台下的预测系统。该系统结合了 ＭＡＴＬＡＢ编程实现，在工业现场得到实际应用。结果表明：采用
该技术可以减少维修次数和维护费用。
【关键词】：灰色预测；ＧＭ（１，１）；ＬａｂＶＩＥＷ；Ｍａｔｌａｂ
前言
Ｍａｔｌａｂ具有强大的数值分析、计算和绘图功能，拥有强大的
控制算法工具箱，可完成复杂控制系统的设计、计算、分析和仿
真，已广泛应用于控制系统的建模、仿真等方面，但其缺点是不
能实时操作和控制，能与之直接通讯的硬件设备不多。ＬａｂＶＩＥＷ
是美国国家仪器（ＮＩ）公司推出的一种基于图形开发、调试和运
行程序的虚拟仪器软件开发平台集成化环境，其最大的特色是
采用编译型图形化编程语言－Ｇ语言（Ｇｒａｐｈｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ），在自
动测试、数据采集和控制、过程监控和工业自动化领域有广泛的
应用。但它也不是万能的，有些任务应用 ＬａｂＶＥＩＷ很难实现或
要受到限制，但对于其它编程语言如 ＭＡＴＬＡＢ语言却可很容易
实现，这种情况可以利用 ＬａｂＶＩＥＷ强大的与外界代码衔接的功
能，调用其它编程语言如 ＭＡＴＬＡＢ语言所做的子程序。
大型旋转机械在生产中起重要作用，一旦发生事故损失巨
大。其运行机组传统的维护方式是以时间为基础的预防性维修，
这种维护方式往往造成过剩维修，因此需要研究能够预知机组
未来状态发展的趋势预测技术
［１］
。
１、灰色预测
机组运行过程中，振动烈度值表现为有趋势项的非平稳时
间序列，采用灰色模型中常用于预测的 ＧＭ（１，１）模型对烈度值预
测
［２，３］
。首先对烈度值序列｛ｘ
１
｝（ｔ＝１，２，…，Ｎ）进行一次累加生成处
理
（１）
对此生成序列进行处理，生成均值数列后建立如下的微分方程：
（２）
称为 ＧＭ（１，１），其中 ａ，ｕ为模型参数，可用最小二乘法求出。根据
微分方程的理论，ＧＭ（１，１）的解为：
或 （３）
对 作 １－ＩＡＧＯ（累减生成）处理，即可得到原始数列的
预测值计算公式：
（４）
２、程序实现
ＬａｂＶＩＥＷ提供了一种数据流方式的编程模式，用户只要连接
各个框图即构成程序，同时提供了大量的函数库供调用。利用该
软件平台可大大地缩短系统开发周期
［４，５］
。
一个 ＬａｂＶＩＥＷ程序包括三个主要部分：前面板、框图程序
和图标连接器。前面板是交互式图形化用户界面，用于设置用户
输入和显示程序输出。框图程序则是利用图形语言对前面板上
的控制量和指示量进行控制。图标连接器用于把 ＬａｂＶＩＥＷ程序
定义成一个子程序，以便在其它程序中加以调用，实现层次化、
模块化编程。
烈度趋势预测程序在 ＬａｂＶＩＥＷ平台下实现。ＬａｂＶＩＥＷ使
用 ＡｃｔｉｖｅＸ技术来实现 ＭＡＴＬＡＢ脚本节点。在 ＬａｂＶＩＥＷ中可以
直接调用 ＭＡＴＬＡＢ应用程序，其调用方法为：ＦｕｎｃｔｉｏｎｓＰａｌｅｔ－
ｔｅ→Ａｎａｌｙｚｅ→Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ→Ｆｏｒｍｕｌａ→ＭＡＴＬＡＢＳｃｒｉｐｔ。
对 ＭＡＴＬＡＢＳｃｒｉｐｔ节点的调用有两种形式：
（１）打开节点后，可直接在其框图内书写 ＭＡＴＬＡＢ程序代
码。
（２）可以直接调入 ＭＡＴＬＡＢ的应用文件，其方法是在节点上
单击鼠标右键，在弹出式菜单中选择＂Ｉｍｐｏｒｔ＂，在对话框中选择
要导入的文件并确定，文件即可出现在节点中。
ＭＡＴＬＡＢＳｃｒｉｐｔ节点的参数传递可通过添加输入输出完
成，其方法是在节点边框上单击鼠标右键，在弹出式菜单中选
择＂ＡｄｄＩｎｐｕｔ＂或＂ＡｄｄＯｕｔｐｕｔ＂，如果要保存 ＭＡＴＬＡＢＳｃｒｉｐｔ节点
产生的文件，可在节点上单击鼠标右键，选择＂Ｅｘｐｏｒｔ＂，选择路
径后在对话框中输入要保存文件名并确定即可。
３、实例分析
某企业引进一台日本木野公司的 ＭＣ１２１０加工中心 （精密
机床），针对主传动箱布点进行振动烈度的定期检测，从而监控并
预测设备的运行状态趋势．表 １是主传动箱某点振动烈度测定
值，现用 ＧＭ（１，１）模型预测其运行状态及发展趋势。
表 １振动烈度测定值（ｍｍ／ｓ）
前面板和后面板分别如下：
图 １前面板
预报值说明：在今后半年内，振动烈度仍在允许范围内，但
上升趋势加快，应引起注意。
４、结论
１）结果表明，振动烈度的灰色模型计算值与实际值非常接
近，平均绝对误差小于 ０．０１，平均原点相对误差小于 ２％，预测精
度非常高，这是因为灰色预测法是根据自身数据建立灰微分方
程再预测自身的发展的特点决定的。
２）随着设备状态监测技术的深入发展，灰（下转第 ３７页）
基金项目：福建省自然科学基金资助项目（项目编号 Ａ０６４０００４）
１２
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