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[讨论] matlab中s函数编写心得-转自水木

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发表于 2007-7-6 16:37:34 | 显示全部楼层 |阅读模式

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s函数是system Function的简称,用它来写自己的simulink模块。(够简单吧,^_^, 详细的概念介绍大伙看帮助吧)可以用MATLAB、C、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) 5 q* `1 x. q- p! C/ m1 f
    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等的 0 @) r- O1 H' E1 m3 l, K
     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。 6 P4 z0 C" C+ y4 O! n" g
     在matlab的workspace里打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。  它的第一行是这样的:function [sys,x0,str,ts]=sfuntmpl(t,x,u,flag) - O& s  P' c7 I4 Q& w9 x
先讲输入与输出变量的含义:t是采样时间,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);sys输出根据flag的不同而不同(下面将结合flag来讲sys的含义),x0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=[]),ts是一个1×2的向量,ts(1)是采样周期,ts(2)是偏移量。 , ]' B  j! _+ N2 q1 n# G
下面结合sfuntmpl.m中的代码来讲具体的结构:
; P" H0 ~, n: Y3 ?1 uswitch flag,                  %判断flag,看当前处于哪个状态
' G$ u/ h5 K( L$ n( w" C7 q0 A3 `  case 0,
$ I( q6 N; i) Y6 q6 O    [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;
/ f! W. G0 ^  h3 S, j1 Aflag=0表示处于初始化状态,此时用函数mdlInitializeSizes进行初始化,此函数在 sfuntmpl.m的149行 5 }6 s( d& J. [( g2 V5 R
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 # u. K' S  |- q+ P. i
    size = simsizes;%用于设置模块参数的结构体用simsizes来生成 8 q% o, B; C3 Q$ H& |0 k
    sizes.NumContStates  = 0;%模块连续状态变量的个数 $ [1 C3 F* C0 }5 I5 Q( @' D
    sizes.NumDiscStates  = 0;%模块离散状态变量的个数 , a6 Z3 S6 H: }! k
    sizes.NumOutputs     = 0;%模块输出变量的个数
  D( j7 K2 _7 }: g1 }0 m" D    sizes.NumInputs      = 0;%模块输入变量的个数 ; S) o: A, Q8 q% G1 i
    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) 2 e9 q# U4 t! f8 P
    sizes.NumSampleTimes = 1;%模块的采样时间个数,至少是一个 4 B* A! s2 i9 ]0 K
    sys = simsizes(sizes);   %设置完后赋给sys输出
3 W5 B0 H+ p$ f; j# W举个例子,考虑如下模型:
$ g9 {7 c- K7 \5 C( v0 N4 @               dx/dt=fc(t,x,u) 也可以用连续状态方程描述:dx/dt=A*x+B*u # {6 D- _: T5 e( {& m
               x(k+1)=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)
" J8 W( K+ W: w1 Q               y=fo(t,x,u) 也可以用输出状态方程描述:y=C*x+D*u
6 m5 ?' w0 |1 _' v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:
; m/ I, b; T( F' D(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) 5 k, B5 k: A9 e' L
sizes.NumContStates=1;sizes.NumDiscStates=1;sizes.NumOutputs=1;sizes.NumInpu
% x4 \) A) o9 tts=1;
( O3 a( w; w: S5 l, y) m其他的可以不变。继续在mdlInitializeSizes函数中往下看:
( B' D: T. n% I5 }; `3 e( J9 y& c     x0  = [];    %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x0=[0,0](离散和连续的状态变量我们都设它初值为0)
9 G+ h5 J; r) y1 @& D0 ^     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 % V% W) m9 I. W# y
     ts  = [0 0]; %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
/ l2 A$ |- y) \3 Q嘻嘻,总算讲完了初始化,后面的应该快了 0 g. y# D: N( |1 q/ \
在sfuntmpl的106行继续往下看:
# h4 B9 C% E0 E2 z( |' o    case 1,
* c% q, I9 M- X. O/ L3 n0 ^      sys=mdlDerivatives(t,x,u); 1 u0 c* @1 r3 S4 X
flag=1表示此时要计算连续状态的微分,即上面提到的dx/dt=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=[]; 就可以了(如sfuntmpl中一样),按我们上述讨论的那个模型,此处改成 sys=fc(t,x(1),u)或sys=A*x(1)+B*u %我们这儿x(1)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 $ E) E2 |& w! q2 T5 J, G1 L8 _
继续,在sfuntmpl的112行:
- L& R9 j% X% C5 ^) R: \' i    case 2,
6 t2 c8 i  y; c7 Y+ l       sys=mdlUpdate(t,x,u); 6 a" P; k# J3 c& d* T
flag=2表示此时要计算下一个离散状态,即上面提到的x(k+1)=fd(t,x,u),找到mdlUpd ate函数(在206行)它这儿sys=[];表示没有离散状态,我们这而可以改成 sys=fd(t,x(2),u)或sys=H*x(2)+G*u;%sys即为x(k+1) 0 h( P( }! p* ~8 N$ N$ p( n( V
& e; Q/ A6 E: @3 S
看来后面几个一两句话就可了,呵呵,在sfuntmpl的118行
2 N" M8 x. G5 s& J$ g    case 3,
1 T4 u! R8 a" o6 v       sys=mdlOutputs(t,x,u);
. V: h, d" N1 U7 h3 kflag=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=[]表示没有输出,我们改成sys=fo(t,x,u)或sys=C*x+D*u %sys此时为输出y
0 f1 d; v, |- R. Z  S% b  Y好像快完了,嘻嘻,在sfuntmpl的124行
5 P* l2 z3 t5 n5 W  m$ w' A    case 4, 0 b+ u$ }- ^& s
        sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u); 1 ^( G# B+ O- s0 I
flag=4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mdlInit ializeSizes中提到的ts设置ts(1)不为0)
; L2 l- @6 ~6 Y2 K5 X$ a连续系统中只需在mdlGetTimeOfNextVarHit函数中写上sys=[];这个函数主要用于变步长的设置,具体实现大家可以用edit vsfunc看vsfunc.m这个例子
: B8 \" {) x) F! r* x: S; d) N 最后一个,在sfuntmpl的130行 . Y% A% U- y5 N- f  A' r" a2 c) F, K5 y
    case 9,
3 L9 V- {/ z3 Y% a! W2 P9 ]6 i5 M       sys=mdlTerminate(t,x,u); 5 G7 b4 D5 M1 H8 H
flag=9表示此时系统要结束,一般来说写上在mdlTerminate函数中写上sys=[]就可,如 果你在结束时还要设置什么,就在此函数中写
% s" g3 L$ ?6 D) Q) w5 z# r 关于sfuntmpl这个s函数的模板讲完了。
0 f" G( p7 T" ] 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
8 [. U  r- u7 E) T- `3 Ifunction [sys,x0,str,ts] = sfungain(t,x,u,flag,gain)
- T3 u7 ~+ D2 H8 g" `! J2 qswitch flag,
+ u6 B+ i1 z- I$ B$ D# y, ]- Q  case 0,
) h3 R* n$ L0 [1 B' A; F& }      sizes = simsizes;
+ Z7 K# W6 \" J" Z( j      sizes.NumContStates  = 0; 5 F) |' a* q) F* y8 a
      sizes.NumDiscStates  = 0;
7 O4 w% o& N) ^; K" `* p      sizes.NumOutputs     = 1;
+ r5 B& Z/ K: J6 m# m      sizes.NumInputs      = 1;
  b: q3 s4 \( e! \& A      sizes.DirFeedthrough = 1;
% e4 @1 O+ I9 L% H; U4 z3 q+ Z+ o      sizes.NumSampleTimes = 1; + l# L5 ^( [8 B$ t- w2 P+ I' I& F! ^
      sys = simsizes(sizes);
0 Y. d  d( Z3 j9 o+ X# x7 }' u      x0=[]; 6 y  Q; \1 j, `" W
      str=[];
9 q) ~) \; n3 ^# p      ts=[0,0]; + k2 Q7 f) c& O7 Q1 U: t
  case 3, # J3 _$ h0 T$ t& {; d4 W
      sys=gain*u;
& l7 N8 Y: @$ E! F/ P3 A  case {1,2,4,9},
- `' c" A1 l. E) D. {/ @6 z: v    sys = [];
& v3 c) B8 r+ e$ g/ t$ fend   b  U1 ?* M1 C* z

' ~( A% H( ~" S+ Y1 W% _3 x% p, f$ j) I做好了s函数后,simulink--user-defined function下拖一个S-Function到你的模型,就可以用了 在simulink----user-defined function还有个s-Function Builder,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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发表于 2008-9-23 09:21:04 | 显示全部楼层

向你请教

看来你在s函数编写上有很多经验,我学继电保护 ,刚开始用这个,有些地方想向你请教,能不能加我QQ 438605629
$ Z! V. b# X5 L9 Q- X+ }! G: D万分感谢!
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发表于 2008-10-26 20:24:26 | 显示全部楼层
总结的不错,看了之后有收获,谢谢,收藏了
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    谢谢,总结得非常好,学习收藏了!
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    发表于 2009-3-6 10:16:34 | 显示全部楼层
    不错~努力学习!
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    : ]6 J7 N9 ~7 S" V+ ~2 l7 O
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    发表于 2009-3-14 14:32:05 | 显示全部楼层
    学习了,多谢楼主。
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    发表于 2009-3-15 11:58:23 | 显示全部楼层
    我也是在网上看了这个之后才对S函数有所理解的,这个确实不错哦..........
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