基于Matlab 面向对象编程的电气化铁路牵引仿真算法实现

白小伟，段成刚，郭 磊

0 引言

Matlab 在电气工程及牵引供电系统计算中应用广泛，尤其是在电路网络模型的构建、方程求解、数据处理等方面，具有简单、智能、高效等优点。由于牵引计算专业性强、模型复杂、数据量大，早期通过编写脚本语言进行的计算多采用过程式的编程，但是面对系统规模的增加，用户数据交互频繁，这种过程式编程在模型创建、算法分析、数据交互等方面局限性很大，无法满足工程需求。如果采用面向对象的编程（OOP）方式，将极大地简化整个工程的仿真计算，降低计算难度。

列车牵引计算仿真以研究列车牵引运动力学及电气特性为基础，借助算法实现列车牵引过程的模拟，最终得到工程预期结果。本文采用基于Matlab 的面向对象编程（OOP）方式，将机车、线路、控制策略进行抽象，采用UML 图对机车牵引仿真计算的关键步骤进行说明，其方案的代码实现相比采用C#、Java 等编程更加简单高效。

1 方案设计

1.1 类的实现方法

在Matlab OOP 中实现类设计，其方法与采用C#、Java 等语言类似，同样离不开类的封装、继承、多态的特性，只是代码实现上发生了变化。Matlab 的OOP 代码更加简单。

Matlab 类定义采用“classdef…end”语句，其中属性定义采用“properties...end”，方法定义采用“methods...end，最后采用脚本对类实现封装。程序中采用“<”符号实现继承，提高代码的复用性；在设计结构中，采用类的层次化设计，从虚拟到具体逐步演化，灵活应用多态增强程序的扩展性能。

采用Matlab 类实现机车类的定义示例如图1所示。由于类脚本编程中省略了变量类型的定义，相比C#和Java 要智能很多，便于用户将精力集中于本专业算法编程。

图1 Mat lab 类设计程序示意图

1.2 牵引计算软件结构

列车牵引计算软件的操作过程通过输入机车、线路、编组、运行等数据，实现牵引仿真计算。……