1、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:edit sfuntmpl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 ,flagS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
2、: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 :包含模块采样时间和偏差的矩阵。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
3、特性,包括采样时间,连续或者离散状态的初始条件和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,采样时间和主时间步的要求; 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mdlTermina
4、te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和非采样过零点;如果存在连续状态,调用mdlDerivatives和mdlOutput两个子函数;如果存在非采样过零点,调用mdlOutput和mdlZeroCrossings子函数,以定位过零点。3更新离散状态:mdlUpdate4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:mdlGetTi
5、meOfNextVarHit6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
6、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和分离操作;2)在S-Function模块的参数设置对话框中,包含了调用的S函数名和用户输入的参数列表,如下图所示:3)S-Function
7、模块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-函数名和参数值列表必须与用户填写的S函数源文件的名称和参数列表完全一致,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-Defined Functions里面的S-Function Examples。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
8、本,其实都小异,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-file S-functions里面的Basic C-MEX template。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: #define S_FUNCTION_NAME test/这里把文件名sfuntmpl_basic修改为test#define S_FUNCTION_LEVEL 2#include simstruc.h/程序里面要用到的头文件在这里引用,如“math.h”等。float global_var; /定义全局变量static void mdlIniti
9、alizeSizes(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; if (!ssSetNumInputPorts(S, 1) return;/设置输入变量的个数,这里为1 ssSetInputPort
10、Width(S, 0, 2); /设置输入变量0的维数为2ssSetInputPortRequiredContiguous(S, 0, true); /设置input0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。 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
11、 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;static void mdlInitializeSampleTimes(SimStruct *S)
12、/暂时不管 ssSetSampleTime(S, 0, CONTINUOUS_SAMPLE_TIME); ssSetOffsetTime(S, 0, 0.0); #define MDL_INITIALIZE_CONDITIONS /* Change to #undef to remove function */#if defined(MDL_INITIALIZE_CONDITIONS) static void mdlInitializeConditions(SimStruct *S)/暂时不管 #endif /* MDL_INITIALIZE_CONDITIONS */#define MDL_
13、START /* Change to #undef to remove function */#if defined(MDL_START) static void mdlStart(SimStruct *S)/暂时不管 #endif /* MDL_START */static void mdlOutputs(SimStruct *S, int_T tid)/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 = mxG
14、etPr(ssGetSFcnParam(S,2);const real_T *u = (const real_T*) ssGetInputPortSignal(S,0);real_T *y1 = ssGetOutputPortSignal(S,0);real_T *y2 = ssGetOutputPortSignal(S,1);y10=u0*para10+u1*para20;y20=u1*para30+u0*para10;#define MDL_UPDATE /* Change to #undef to remove function */#if defined(MDL_UPDATE) sta
15、tic void mdlUpdate(SimStruct *S, int_T tid) #endif /* MDL_UPDATE */#define MDL_DERIVATIVES /* Change to #undef to remove function */#if defined(MDL_DERIVATIVES) static void mdlDerivatives(SimStruct *S) #endif /* MDL_DERIVATIVES */static void mdlTerminate(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
16、变量还是之前的值。 #ifdef MATLAB_MEX_FILE /* Is this file being compiled as a MEX-file? */#include simulink.c /* MEX-file interface mechanism */#else#include cg_sfun.h /* Code generation registration function */#endif2.编译在matlab的command window 里面输入“mex test.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-function name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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