matlab中的S函数.docx
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matlab中的S函数
S函数的简介及编写
摘自恒润科技S-function的编写
1.S函数模板编辑环境进入:
在MATLAB主界面中直接输入:
editsfuntmpl
即可弹出S函数模板编辑的M文件环境,修改即可。
在MATLAB主界面中直接输入:
sfundemos,即可调出S函数的许多编程例子。
2.S函数模板的相关基础:
1）M文件S函数的引导语句为:
S函数默认的四个输入参数:
t,x,u,flag
S函数默认的四个输出函数:
sys,x0,str,ts
各个参数的含义如下:
T:
代表当前的仿真时间,该输入决定了下一个采样时间;
X:
表示状态向量,行向量,引用格式:
X
（1）,X
（2）
U:
表示输入向量;
Flag:
控制在每一个仿真阶段调用哪一个子函数的参数,由SIMULINK在调用时自动取值;
Sys:
通用的返回变量,返回的数值决定Flag值,mdlUpdates里:
列向量,引用格式:
Sys（1,1）,Sys（2,1）;mdlOutputs里:
行向量,引用格式:
Sys=x、
X0:
初始的状态值;列向量,引用格式:
X0=[0;0;0]
Str:
空矩阵,无具体含义;
Ts:
包含模块采样时间与偏差的矩阵。
[period,offset]
当Ts为-1时,表示与输入信号同采样周期。
2）S函数工作方式:
Flag=0时,调用mdlInitializeSizes函数,定义S函数的基本特性,包括采样时间,连续或者离散状态的初始条件与Sizes数组;
Flag=1时,调用mdlDerivatives函数,计算连续状态变量的微分方程;求所给表达式的等号左边状态变量的积分值的过程。
Flag=2时,调用mdlUpdate函数,用于更新离散状态,采样时间与主时间步的要求;
Flag=3时,调用mdlOutputs函数,计算S函数的输出;
Flag=4时,调用mdlGetTimeOfNextVarHit函数,计算下一个采样点的绝对时间,这个方法仅仅就是使用户在mdlInitializeSize里说明一个可变的离散采样时间;
Flag=9时,调用mdlTerminate函数,实现仿真任务的结束。
3）S函数仿真过程:
1 初始化:
mdlInitializeSizes,初始化S函数
●初始化SimStruct,包含了S函数的所有信息;
●设置输入、输出端口数;
●设置采样时间;
●分配存储空间。
2 数值积分:
mdlDerivatives
●用于连续状态的求解与非采样过零点;
●如果存在连续状态,调用mdlDerivatives与mdlOutput两个子函数;
●如果存在非采样过零点,调用mdlOutput与mdlZeroCrossings子函数,以定位过零点。
3 更新离散状态:
mdlUpdate
4 计算输出:
mdlOutputs,计算所有输出端口的输出值。
5 计算下一个采样时间点:
mdlGetTimeOfNextVarHit
6 仿真结束:
mdlTerminate,在仿真结束时调用。
3.S函数的编写:
1）参数初始设定:
初始化sizes结构,再调用simsizes函数;
Sizes结构体:
NumContStates:
连续状态的个数
NumDiscStates:
离散状态的个数
NumOutputs:
输出变量的个数
NumInputs:
输入变量的个数
DirFeedthrough:
有无直接馈入,值为1时表示输入直接传到输出口
NumSampleTimes:
采样时间的个数,值为1时表示只有一个采样周期
Simsizes函数的调用:
sys=simsizes（sizes）,即将sizes结构体中的信息传递给sys。
2）状态的动态更新:
连续模块的状态更新由mdlDerivatives函数来进行;
离散模块的状态更新由mdlUpdate函数来进行;
3）输出信号的计算:
计算出模块的输出信号,系统的输出仍然由sys变量返回。
4.M文件S函数的模块化:
在动态系统仿真设计,分析中,用户可以使用S-Function模块来调用S-函数。
1）S-Function模块就是一个单输入单输出的模块,如果有多个输入与输出信号,可以使用Mux模块与Demux模块对信号进行组合与分离操作;
2）在S-Function模块的参数设置对话框中,包含了调用的S函数名与用户输入的参数列表,如下图所示:
3）S-Function模块就是以图形的方式提供给用户一个调用S函数的接口,S函数中的源文件必须由用户自行编写;
4）S-Function模块中的S-函数名与参数值列表必须与用户填写的S函数源文件的名称与参数列表完全一致,包括参数的顺序。
5.S-Function模块建立流程:
6、m-file模版编写
附:
创建一个有1输入（2维）,2输出（1维）,3个参数,还有全局变量的s-function。
1、新建sfunction的C语言文件
打开simulink,点击User-DefinedFunctions里面的S-FunctionExamples。
这个里面有多个语言版本的模板,有C,C++,Ada,Fortran与M语言的版本,其实都大同小异,只要了解几个函数就很容易使用了。
选择C语言的版本:
从S-function模块中选择C-里面的BasicC-MEXtemplate。
打开后,另存为自己的模块名字,如test、c。
下面我们来分析代码:
#defineS_FUNCTION_NAMEtest//这里把文件名sfuntmpl_basic修改为test
#defineS_FUNCTION_LEVEL2
#include"simstruc、h"
//程序里面要用到的头文件在这里引用,如“math、h”等。
floatglobal_var;//定义全局变量
staticvoidmdlInitializeSizes（SimStruct*S）
{
//这个函数用来设置输入、输出与参数的。
ssSetNumSFcnParams（S,3）;/*设置参数个数,这里为3*/
if（ssGetNumSFcnParams（S）!
=ssGetSFcnParamsCount（S））{
return;
}
ssSetNumContStates（S,0）;//设置连续状态的个数,缺省为0;
ssSetNumDiscStates（S,0）;//设置离散状态的个数,缺省为0;
if（!
ssSetNumInputPorts（S,1））return;//设置输入变量的个数,这里为1
ssSetInputPortWidth（S,0,2）;//设置输入变量0的维数为2
ssSetInputPortRequiredContiguous（S,0,true）;//设置input0的访问方式,true就就是临近访问,这样指针的增量后就可以直接访问下个input端口了。
ssSetInputPortDirectFeedThrough（S,0,1）;//设置输入端口的信号就是否mdlOutputs函数中使用,这儿设置为true。
if（!
ssSetNumOutputPorts（S,2））return;//设置输出变量的个数
ssSetOutputPortWidth（S,0,1）;//设置输出变量0的维数为1维
ssSetOutputPortWidth（S,1,1）;//设置输出变量1的维数为1维
ssSetNumSampleTimes（S,1）;//设置采样时间,此处为1s。
ssSetNumRWork（S,0）;//不管
ssSetNumIWork（S,0）;
ssSetNumPWork（S,0）;
ssSetNumModes（S,0）;
ssSetNumNonsampledZCs（S,0）;
ssSetOptions（S,0）;
//下面可以写全局变量的初始化程序
global_var=1;
}
staticvoidmdlInitializeSampleTimes（SimStruct*S）//暂时不管
{
ssSetSampleTime（S,0,CONTINUOUS_SAMPLE_TIME）;
ssSetOffsetTime（S,0,0、0）;
}
#defineMDL_INITIALIZE_CONDITIONS/*Changeto#undeftoremovefunction*/
#ifdefined（MDL_INITIALIZE_CONDITIONS）
staticvoidmdlInitializeConditions（SimStruct*S）//暂时不管
{
}
#endif/*MDL_INITIALIZE_CONDITIONS*/
#defineMDL_START/*Changeto#undeftoremovefunction*/
#ifdefined（MDL_START）
staticvoidmdlStart（SimStruct*S）//暂时不管
{
}
#endif/*MDL_START*/
staticvoidmdlOutputs（SimStruct*S,int_Ttid）//这里填入相关的运算、算法等
{
real_T*para1=mxGetPr（ssGetSFcnParam（S,0））;
real_T*para2=mxGetPr（ssGetSFcnParam（S,1））;
real_T*para3=mxGetPr（ssGetSFcnParam（S,2））;
constreal_T*u=（constreal_T*）ssGetInputPortSignal（S,0）;
real_T*y1=ssGetOutputPortSignal（S,0）;
real_T*y2=ssGetOutputPortSignal（S,1）;
y1[0]=u[0]*para1[0]+u[1]*para2[0];
y2[0]=u[1]*para3[0]+u[0]*para1[0];
}
#defineMDL_UPDATE/*Changeto#undeftoremovefunction*/
#ifdefined（MDL_UPDATE）
staticvoidmdlUpdate（SimStruct*S,int_Ttid）
{
}
#endif/*MDL_UPDATE*/
#defineMDL_DERIVATIVES/*Changeto#undeftoremovefunction*/
#ifdefined（MDL_DERIVATIVES）
staticvoidmdlDerivatives（SimStruct*S）
{
}
#endif/*MDL_DERIVATIVES*/
staticvoidmdlTerminate（SimStruct*S）//这里需要把global变量全部初始化,否则下次运行程序时,全局变量还就是之前的值。
{
}
#ifdefMATLAB_MEX_FILE/*IsthiscompiledasaMEX-file?
*/
#include"simulink、c"/*MEX-mechanism*/
#else
#include"cg_sfun、h"/*Codegenerationregistrationfunction*/
#endif
2、编译
在matlab的commandwindow里面输入“mextest、c”,即可将test、c编译为mex文件。
3、调用sfunction
在simulink空间里面拉入sfunction,在s-functionname里面填入test,参数里面填入要设定的参数,然后仿真即可。
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