MATLAB在化学化工行业中的应用
MATLAB在化学化工行业中的应用
1.摘要
自20世纪70年代晚期，Cleve Moler基于LINPACK和EISPACK软件包的部分函数，用Fortran开发设计MATLAB 初始版本以来,经过近30年的不断完善，由原来含有80个函数的矩阵计算工具，发展到包含89个不同应用工具箱和功能模块，广泛应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、测试测量、计算生物学以及金融建模与分析等领域,功能强大的数学软件及程序开发系统,目前的最新版本为MATLAB R2015b。
国内对MATLAB的应用研究,最早为张文乐等,而在化学化工领域的应用研究起步较晚，任佩林等首先用MATLAB编程计算换热管固有频率的传递矩阵。
本文首先讨论MATLAB发展简史及其特点，而后综述近十年来，国内化学化工领域的应用情况,从它与其它语言的混合编程、与其它软件的集成、工具箱的开发与应用等方面等,并就以后如何应用提出建议。
关键词：MATLAB，化学，数据库工具箱
2.MATLAB在化学化工中的应用
2.1工具箱的开发
由于MATLAB的开放性，用户可方便地修改源文件，或加入自己的文件,设计出新的工具箱，以满足不同专业的需要。
姜继海等以实现一般数据可视化为起点,增加一些特定于流场数据可视化的特点,开发设计了包括二维、三维数据函数表达式的图形可视化，以及编辑处理屏幕上的图形,能绘制有限元网格图,显示网格的拓扑矩阵,并绘制网格拓扑阵的消元树,绘制真实感映射图象的可视化软件工具箱(Visualization Toolbox),实现了一般的二维和三维数据可视化、有限元网格绘制、流场流线绘制以及流场拓扑映射图等功能。
2.2与其它程序设计语言的混合编程及应用
由于MATLAB是一种解释性的语言,运行效率低,并且在其环境下开发,应用程序大都不能脱离其运行环境。利用其它强大语言的功能,则可以弥补其处理问题时的缺陷，充分发挥各自的优势。
2.2.1与Delphi的混合编程
杨敏等[1]以MATLAB为自动化服务器，以Delphi语言编写的程序为自动化控制器,并通过Delphi的OLE Variant 类型引用MATLAB的神经网络工具箱类型库，达到MAT-LAB和Delphi混合编程的目的，实现了炼钢过程氧化期终态的准确预报,并提供详细源代码及说明。
2.2.2与Visual Basic的混合编程
曾志刚等[2]以Access为前台数据库管理界面，Matcom 为后台数值计算引擎,利用Visual Basic对象扩展功能将两者有机地结合起来,开发了具有矩阵计算功能的数据库系统,用于某氧化铝厂的温度预报，与实际温度相差不大,效果不错，并
可根据预报的温度值量化调控，调控效果更好。
2. 2.3 与C/C + +的混合编程
曹柳林等[3]以天津石化公司化纤厂连续聚酯（CP）装置的第一酯化反应阶段建模为例，探讨在VC + + 6. 0集成的开发环境，利用MATLAB C + +数学库应用在模型计算中，开发脱离MATLAB环境的可执行程序。
2.3与其它应用程序的集成
MATLAB的计算、仿真功能强大，但其文字处理、数据管理等功能比不上专门的字处理及数据表格等软件，综合使用这些软件，将大大提高工作效率。
2.3.1与Labview的集成
王昌龙等[4]将Labview与MATLAB结合，开发了提取动力学特征为基础的神经网络识别的电子鼻系统,系统具有灵活的动态模型辨识与仿真机能，而且不必改变原有炉体结构。实际仿真表明，零件表层碳质量分数剥层与分析结果的误差小于0. 1 mm。
2.3.2与Excel的集成
粟智等[5]研讨利用MATLAB的Excel link链接技术,实现Excel与MATLAB的动态链接，用户可在Excel环境中，利用宏编程工具，调用MATLAB的数据处理与图形绘制功能函数;也可在MATLAB中，利用idmport函数直接调用Excel文件的数据。
2.3.3与Word的集成
翁之望等[6]讨论动态链接Microsoft Word与Matalb Notebook的过程,以及创建和启动M-book模板、使用Note-book的功能，通过混合体系各组分含量的计算与f轨道角度分布函数图形绘制表明，Word和Notebook的混用，可在Word 中实现数据的可视化编辑,便于科技报告、论文和专著的写作中实现图文并茂。
3.结论与建议
MATLAB不仅是一种数学软件,而且是高级程序设计语言,从其语句、语法以及算法的实现来看,MATLAB语言简单易学,便于推广。
MATLAB从矩阵计算软件包,发展到现在，已成为应用于很多领域的科技软件。在解决化学、化工过程问题上,与其它语言,如F0RTRAN、C等也有着同样的功效,但编程效率却比其它语言高;为化学、化工过程的计算、模拟、优化以及化学计量学的研究提供了用途。
MATLAB在国内化学化工领域的应用研究起步较晚，大多集中在计算、模拟以及化学信息学方面,处于探索阶段，随者成用研究的深人,除继续在计算、摸拟等方面的应用外，在以F方面的应用研究有望加强：
(1)在以前工作的基础上,在解决化工过程的设计、反应器的设计、化工生产的调度、产品设计、配方设计以及产品的配送等问题上能够发挥作用。
(2)综合利用各种工具箱,如将数据库工具箱和统计工具箱结合使用,处理海量的化合物数据更有效,揭示蕴含的规律。
(3)结合MATLAB强大的计算与其它高级语言设计的灵活性,编制出能够脱离
MATLAB环境的化学、化工计算、模拟以及教学的专用软件,克服MATLAB语言的解释性，速度慢,且离不开MATLAB环境，随着MATLAB的发展，对系统的要求越来越高,价格越来越昂贵,如何才有利于在国内推广。
[1]杨敏，沈春林.MATLAB神经网络工具箱编程和Delphi对其调用.计算机工程，2001, 27(11): 92 - 94.
[2]曾志刚，方正，张平民.MATLAB与Access集成回归化工生产工艺参数.矿冶工程，2002 , 22(2) :77 - 80.
[3]曹柳林，胡耀辉.MATLAB与VC++的混合编程在化工计算中的应用?北京化工大学学报，2003，30(3) :74-77.
[4]王昌龙，高龙琴，黄惟一.基于电子鼻技术的化学热处理气氛测控.东南大学学报（自然科学版〉，2003, 33(14)：442 - 445.
[5]粟智，翁之望.Excel与MATLAB的链接及其在化学中的应用. 新疆师范大学学报（自然科学版），2003，22(2) ；41 -44.
[6]翁之望，粟智.Microsoft Word与Matalb Notebook的链接及其在化学研究中的应用.新疆师范大学学报（自然科学版），2003，22(2) ：51 -55.