Matlab S-funciton 使用记录

• 一、使用基础
• • 1. 功能说明
  • 2. 打开与编辑 S-Function
• 二、理解s-function
• • • 为什么要有S-function
    • S-function属性窗口介绍
    • S-function内部函数介绍
    • S-function的执行顺序
    • S-function输入输出参数含义
    • • 输入参数t,x,u,flag
    • mdlInitializeSizes例程与介绍
    • 注意

一、使用基础

1. 功能说明

所谓s函数是system Function的简称, 用它来写自己的simulink模块. s函数可以用matlab、C、C++、Fortran、Ada等语言来写。先讲讲为什么要用s函数，我觉得用s函数可以利用matlab的丰富资源，而不仅仅局限于simulink提供的模块，而用c或c++等语言写的s函数还可以实现对硬件端口的操作， 还可以操作windows API等。

先介绍一下simulink的仿真过程（以便理解s函数），simulink的仿真有两个阶段： 一个为初始化，这个阶段主要是设置一些参数，像系统的输入输出个数、状态初值、 采样时间等；第二个阶段就是运行阶段，这个阶段里要进行计算输出、更新离散状态、计算连续状态等等，这个阶段需要反复运行，直至结束.

2. 打开与编辑 S-Function

在matlab的workspace里输入edit sfuntmpl(这是matlab自己提供的s函数模板)，我们看它来具体分析s函数的结构.
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在matlab命令行中输入 edit sfuntmpl ，可以打开S-function的模板，里面对S-function的函数和变量作用均作了介绍。 S-function的基础是现代控制理论的状态定义，使用S-function需具备现代控制理论的基本知识

二、理解s-function

为什么要有S-function

因为matlab中的模块太过标准化，无法满足多变的应用和调试需求，在以下情况下，S-function可以很方便的对系统进行建模。
控制或受控系统具有复杂时变特性
控制系统在控制过程中自我迭代，存在需要保留和记录的变量
控制系统的输出较为复杂，难以用function和m-function表示
系统在生成、运行或结束时需要执行特殊操作

S-function属性窗口介绍

S-function name ：S-function的名字，随便写，自己认识即可
S-function parameters：S-function的模块参数，默认为空
S-function modules ：S-function的模块，无需修改，采用系统默认模块即可 也就是说，这三个参数，只需要修改第一个参数为模块命名即可
点击Edit，可以进入S-function的代码编辑界面

S-function内部函数介绍

• sys,x0,str,ts] = functionName(t,x,u,flag)
  这是函数的总入口，收到信号后，首先进入这个函数.这个函数包含一个switch语句，根据情况进入不同的子函数
• [sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=mdlInitializeSizes;
  S-function进行基本的设置，具体参数会在后面进行介绍。相当于构造函数 sys=mdlDerivatives(t,x,u);
  该函数仅在连续系统中被调用，用于产生控制系统状态的导数
• sys=mdlUpdate(t,x,u);
  该函数仅在离散系统中被调用，用于产生控制系统的下一个状
• sys=mdlOutputs(t,x,u); 产生（传递）系统输出
• sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u) 获得下一次系统执行（next hit）的时间，该时间为绝对时间
  此函数仅在采样时间数组中指定变量离散时间采样时间[-2 0]时会被调用。
• sys=mdlTerminate(t,x,u)
  相当于构析函数，结束该仿真模块时被调用

S-function的执行顺序

• 在仿真开始时，执行mdlInitializeSizes
• 若系统包含连续部分，则调用mdlDerivatives；若系统包含离散部分，则调用mdlUpdate
• 调用mdlOutputs，产生输出
• 若满足条件，则执行mdlGetTimeOfNextVarHit
• 循环执行1–3，直至仿真停止
• 执行mdlTerminate，仿真停止

S-function输入输出参数含义

输入参数t,x,u,flag

t ：系统时间
x ：系统状态
u ： 系统输入，即在simulink models中连接至S-function的线上的数据。注意区分x和u
flag ： 系统状态，由系统自动生成，决定了系统应当执行哪个S-function子函数
输出参数sys,x0,str,ts,simStateCompliance
sys ： 系统本身，可以理解为下一时刻的系统；同时sys的前几个数值（sys[1]等)是系统的输出，即在simulink中S-function伸出线上的数据
x0 ： 系统初始状态
str ： 状态排序字符串，通常指定为[]。
ts ： 可认为是采样时间
simStateCompliance

mdlInitializeSizes例程与介绍

sizes = simsizes;           %调用构造函数，生成一个默认类

sizes.NumContStates  = 0;   %设置系统连续状态的数量
sizes.NumDiscStates  = 0;   %设置系统离散状态的数量
sizes.NumOutputs     = 0;   %设置系统输出的数量
sizes.NumInputs      = 0;   %设置系统输入的数量
sizes.DirFeedthrough = 1;   %设置系统直接通过量的数量，一般为1
sizes.NumSampleTimes = 1;   % at least one sample time is needed
                            % 需要的样本时间，一般为1.
                            % 猜测为如果为n，则下一时刻的状态需要知道前n个状态的系统状态

sys = simsizes(sizes);
x0  = [];                   % 系统初始状态
str = [];                   % 保留变量，保持为空
ts  = [0 0];                % 采样时间
simStateCompliance = 'UnknownSimState';

注意

S-function的基础是现代控制理论的状态定义，S-function本身是一个系统，可以被设置为控制系统，也可以被设置为受控系统。因此本文所指的系统，均指S-function本身