matlab中sfunction用法.docx
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matlab中sfunction用法
matlab中s-function用法
创建一个有1输入（2维），2输岀（1维），3个参数，还有全局变量的s-functiono
1.新建sfunction的C语言文件
打开simulink,点击User-DefinedFunctions里面的S-Function
Exampleso这个里面有多个语言版本的模板，有C,C++,Ada,Fortran和M语言的版本，其实都大同小异，只要了解儿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-fileS-functions里面的BasicC-MEXtemplateo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//定义全局变量
staticvoidmdllnitializeSizes（SimStruct*S）
{
〃这个函数用来设置输入、输出和参数的。
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;
辻（！
ssSetNumInputPorts（S,1））return;//设置输入变量的个数，这里为1ssSetlnputPortWidth（S,0,2）:
//设置输入变量0的维数为2
ssSetInputPortRequiredContiguous（S,0,true）;//设置input。
的访问方式，true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是否mdlOutputs函数中使用，这儿设置为true。
辻（！
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Is。
ssSetNumRWork（S,0）;//不管
ssSetNumlWork（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=l;
}
staticvoidmdllnitializeSampleTimes（SimStruct*S）//暂时不管
{
ssSetSampleTime（S,0,CONTINUOUS_SAMPLE_TIME）;
ssSetOffsetTime（S,0,0.0）;
}
#define\fl）L_INITIALIZE_CONDITIONS/*Changetoitundeftoremovefunction*/
#ifdefined（MDL_INITIALIZE_CONDITIONS）
staticvoidmdllnitializeConditions（SimStruct*S）//暂时不管
{
}
#endif/*Nfl）L_INITIALIZE_CONDITIONS*/^defineMDL_START/*Changeto#undeftoremovefunction*/
#ifdefinedft©L_START）
staticvoidmdlStart（SimStruct*S）//暂时不管
{
}
tiendif/*MDL_START*/
staticvoidmdlOutputs（SimStruct*S,int_Ttid）//这里填入相关的运算、算法等
{
real_T*paral=mxGetPr（ssGetSFcnParam（S,0））;real_T*para2=
mxGetPr（ssGetSFcnParam（S,1））;real_T*para3=
mxGetPr（ssGetSFcnParam（S,2））:
constreal_T*u=（constreal_T*）ssGetlnputPortSignal（S,0）;
real_T*yl=ssGetOutputPortSignal（S,0）;real_T*y2=
ssGetOutputPortSignal（S,1）;ylL0Z=u[0j*paral10j+u[l]*para2[0];y2[0]=u[l]*para3[0]+u[0]*paral[0];
}
#defineMDL_UPDATE/♦ChangetoSundeftoremovefunction*/
#辻definedft©L_UPDATE）
staticvoidmdlUpdate（SimStruct*S,int_Ttid）
{
}
#endif/*MDL_UPDATE*/
#defineNfl）L_DERIVATIVES/*Changetoftundeftoremovefunction*/
ttifdefined（Nfl）L_DERIVATIVES）
staticvoidmdlDerivatives（SimStruct*S）
{
}
ttendif/*Nfl）L_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，全局变量还是之前的值。
{
}
t^fdefMATLAB_MEX_FILE/*IsthisfilebeingcompiledasaMEX-file?
*/
^include"simulink.c"/*MEX-fileinterfacemechanism*/
ttelse
ttinclude"cg_sfun.h"/*Codegenerationregistrationfunction*/ttendif
2.编译
在matlab的commandwindow里面输入"mextest,cM,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。
Matlab中如何编写S函数（zz）
2009-03-2619:
11
函数是systemFunction的简称，用它来写自己的simulink模块。
可以用matlabC、C++、Fortran、Ada等语言来写，这儿我只介绍怎样用matlab语言来写吧（主要是它比较简单）。
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windowsAPI等的。
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。
在matlab的workspace里打editsfuntmpl（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。
它的笫—行是这样的:
function[sys,x0,str,ts]=sfuntmpl（t,x,u,flag）.
先讲输入与输出变量的含义：
t是釆样时间，x是状态变量，u是输入（是做成simulink模块的输入），flag
是仿真过程中的状态标志（以它来判断当前是初始化还是运行等）；s
ys输出根据flag的不同而不同（下面将结合flag来讲sys的含义），xO是状态变量的初始值，str是保留参数（mathworks公司还没想好该怎么用它，嘻嘻，一般在初始化中将它置空就可以了，str二[]）,ts是一个1X2的向量，ts（l）是采样周期，ts
（2）是偏移量。
下面结合sfuntmpl.m中的代码来讲具体的结构：
switchflag,%判断flag,看当前处于哪个状态
case0,
[sys,xO,str,ts]=mdlInitializeSizes;
flag二0表示处于初始化状态，此时用函数mdllnitializeSizes进行初始化，此函数在sfuntmpl.m的149if,我们找到他，在初始化状态下，sys是一个结构体，用它来设置模块的一些参数，各个参数详细说明如下
size=simsizes;%用于设置模块参数的结构体用simsizes来生成
sizes.NumContStates=0模块连续状态变量的个数
sizes.NumDiscStates=0模块离散状态变量的个数
sizes.NumOutputs=0;%模块输出变量的个数
sizes.Numlnputs=0;%模块输入变量的个数
sizes.DirFeedthrough=1模块是否存在直接贯通（直接贯通我的理解是输入能％直接控制输出）
sizes.NumSampleTimes=1模块的采样时间个数，至少是一个
sys=simsizes（sizes）;%设置完后赋给sys输出
举个例子，考虑如下模型：
dx/dt二fc（t,x,u）也可以用连续状态方程描述：
dx/dt二A*x+B*u
x（k+l）=fd（t,x,u）也可以用离散状态方程描述:
x（k+1）=H*x（k）+G*u（k）
y二fo（t,x,u）也可以用输出状态方程描述:
y二C*x+D*u
设上述模型连续状态变量、离散状态变量、输入变量、输出变量均为1个，我们就只需改上面那一段代码为：
（一般连续状态与离散状态不会一块用，我这儿是为了方便说明）
sizes.NumContStates=l;
sizes.NumDiscStates=l;
sizes.NumOutputs=l;
sizes.Numlnpu
ts=l;
其他的可以不变。
继续在mdllnitializeSizes函数中往下看：
xO==[];%状态变量设置为空，表示没有状态变量，以我们上面的假设，可改为xO二[0,0]（离散和连续的状态变量我们都设它初值为0）
str=[];%这个就不用说了，保留参数嘛，置□就可以了，反正没什么用，可能7.0会给它一些意义
ts=[00];%采样周期设为0表示是连续系统，如果是离散系统在下面的mdlGet%TimeOfNextVarHit函数中具体介绍。
嘻嘻，总算讲完了初始化，后面的应该快了
在sfuntmpl的106行继续往下看：
case1,
sys=mdlDerivatives（t,x,u）;
flag二1表示此时要计•算连续状态的微分，即上面提到的dx/dt二fc（t,X,u）中的dx/dt,找到mdlDerivatives函数（在193行）如果设置连续状态变量个数为0,此处只需sys二[];就可以了（如sfuntmp1中一样），按我们上述讨论的那个模型，此处改成sys=fc（t,x（l）,u）或sys二A*x⑴+B*u%我们这儿x（l）是连续状态变量，而x
（2）是离散的，这儿只用到连续的，此时的输出sys就是微分
继续，在sfuntmpl的112行：
case2,
sys=mdlUpdate（t,x,u）;
flag二2表示此时要计算下一个离散状态，即上面提到的x（k+l）=fd（t,x,u）,找到mdlUpdate函数（在206行）它这儿sys二［］;表示没有离散状态，我们这而可以改成sys二fd（t,x
（2）,u）或sys=H*x
（2）+G*u;%sys即为x（k+l）
看来后面儿个一两句话就可了，呵呵，在sfuntmp1的118行
case3,
sys二mdlOutputs（t,x,u）;
flag二3表示此时要计算输出,即y=fo（t,x,u）,找到mdlOutputs函数（在218行），如上，如果sys二□表示没有输出，我们改成sys二fo（t,x,u）或sys二C*x+D*u%sys此时为输出y
好像快完了，嘻嘻，在sfuntmpl的124行
case4,
sys=mdlGetTimeOfNextVarHit（t,x,u）;
flagM表示此时要计算下一次采样的时间，只在离散采样系统中有用（即上文的mdllnitializeSizes中提到的ts设置ts
（1）不为0）
连续系统中只需在mdlGetTimeOfNextVarHit函数中写上sys二［］;这个函数主要用于变步长的设置，具体实现大家可以用editvsfunc看vsfunc.m这个例子
最后一个，在sfuntmpl的130行
case9,
sys=mdlTerminate（t,x,u）;
flag二9表示此时系统要结束，一般来说写上在mdlTerminate函数中写上sys二［］就可，如果你在结束时还要设置什么，就在此函数中写
关于sfuntmpl这个s函数的模板讲完了。
s函数还可以带用户参数，下面给个例子，和simulink下的gain模块功能一样，大伙自己看吧，我睡觉去了，累了。
function[sys,xO,str,ts]=sfungain（t,x,u,flag,gain）switchflag,case0,
sizes=simsizes;
sizes・NumContStates=0;
sizes・NumDiscStates=0;
sizes・NumOutputs=1:
sizes・Numlnputs=1:
sizes・DirFeedthrough=1:
sizes・NumSampleTimes=1:
sys=simsizes（sizes）:
x0二[];
str=[];
ts=[0,0];
case3,
sys=gain*u;
case{1,2,4,9},
sys=[];
end
做好\s函数后，simulink--user-definedfunction下拖一个S-Function到你的模型，就可以用了，在simulinkuser-definedfunction还有个
s-FunctionBuilder,他可以生成用c语言写的s函数在matlab的workspace
下打sfundemos,可以看到很多演示s函数的程序。
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