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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)
8 _+ z1 t) z3 V% z 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 1 i/ t6 I1 [( j; G2 p' A3 d" @
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。
- @/ G, B- D' P% c8 {* j7 {8 j 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)
- Q! q- P; v6 F( W0 h6 B. j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。
) O' a: \( j7 v; E. n 下面结合sfuntmpl.m中的代码来讲具体的结构: . } X6 Z3 I$ w1 Z7 X; L# K
switch flag, %判断flag,看当前处于哪个状态 2 H6 p) |6 c+ K% j4 x
case 0,
. U$ a! L% V) Z$ q [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes; 7 t, t/ `% g2 M& f; s! n* {* U
flag=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 V. V% E+ `, o% O; t0 O
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 % ? R" w7 D3 O. ~
size = simsizes;%用于设置模块参数的结构体用simsizes来生成 9 o s% l+ V8 h2 s X2 {
sizes.NumContStates = 0;%模块连续状态变量的个数 & f- {! f4 ?/ h8 g6 N! t/ N& W
sizes.NumDiscStates = 0;%模块离散状态变量的个数 ' c) O9 D% u$ g! ]6 u: m
sizes.NumOutputs = 0;%模块输出变量的个数 ! U8 u ^: q4 _- I
sizes.NumInputs = 0;%模块输入变量的个数 * E% D& }4 b7 p1 r$ b+ i, d
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) + C; ]0 O+ B0 d0 T) b8 S Q& P
sizes.NumSampleTimes = 1;%模块的采样时间个数,至少是一个 & m# Z" N+ B5 Q- i3 p
sys = simsizes(sizes); %设置完后赋给sys输出
9 G% ]9 q" ]1 r( U1 A. W/ {举个例子,考虑如下模型: ' C* e) n& @+ R5 ~% W& m9 l
dx/dt=fc(t,x,u) 也可以用连续状态方程描述:dx/dt=A*x+B*u
5 M1 g" W( h" R5 e2 j7 W; _ 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) 6 D1 t3 A4 E6 y' j
y=fo(t,x,u) 也可以用输出状态方程描述:y=C*x+D*u
% \; }- d: S' Z% K S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:
5 \- n9 a& G7 v2 g# 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)
" F3 l! S; o( x) n4 |" w, R4 N# [sizes.NumContStates=1;sizes.NumDiscStates=1;sizes.NumOutputs=1;sizes.NumInpu
+ ?9 ?) Q5 h& T$ Y( pts=1;
8 Y# x. l7 L p1 D" i其他的可以不变。继续在mdlInitializeSizes函数中往下看: 9 _8 [ q6 k8 ~' j+ W1 L$ |' ]
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)
8 f" j+ Q s; i! M5 P# n' G1 ? 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 . S4 M# } H$ c9 i
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
: m' t) ?, R, O% q5 f8 P) L% B嘻嘻,总算讲完了初始化,后面的应该快了 : r) S: o& S" o" A
在sfuntmpl的106行继续往下看: , A, ]* G V9 t% P
case 1, 6 R& ]" [+ s7 @5 ^1 X: X
sys=mdlDerivatives(t,x,u);
, n' h5 C; [3 u& iflag=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 ; p1 R/ G8 p6 `; T, }4 _6 G
继续,在sfuntmpl的112行:
& V! v: T/ `7 {# t! b case 2, : P8 n+ Q+ b- D) p% R! \
sys=mdlUpdate(t,x,u);
2 M9 |. l& v( j* `! }/ g5 d$ K4 Tflag=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) $ N7 i) v* K$ N" i9 K7 k- K
, `" H4 Z* _; X9 z
看来后面几个一两句话就可了,呵呵,在sfuntmpl的118行 / q- z3 d' ^5 f& V4 m
case 3, + W4 k5 P* r3 f1 P q3 p2 p
sys=mdlOutputs(t,x,u); % |" A" c' z p$ j) T, S3 n0 P0 E7 N) L
flag=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 - J/ t4 A& p- T. x. J
好像快完了,嘻嘻,在sfuntmpl的124行 6 C3 X0 u9 b: X+ S% O( p% b! R0 ?
case 4,
/ T/ B' }8 Q* w2 k! a# x. \ sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u); $ V2 O; m$ e2 V7 s% G( [
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) K J9 i% U1 S: N% _
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
. K4 H2 _7 a6 E, N9 B2 a3 t 最后一个,在sfuntmpl的130行 , N6 d/ z* T U# I
case 9, 2 {5 \. j) G* [* f x) j
sys=mdlTerminate(t,x,u); 8 G/ p+ {( n& T, O8 V Z
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
, \; V) i' e8 S& } y& s 关于sfuntmpl这个s函数的模板讲完了。 0 U3 R' `; R/ E
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 & P1 d& ?* t9 I0 p$ C+ `# z( }
function [sys,x0,str,ts] = sfungain(t,x,u,flag,gain) 8 f( K" C" z8 j
switch flag,
/ ?2 o- {, ?( W8 e3 j# \3 c6 A% [ case 0,
+ N% @5 S$ R2 |! l- W. Q sizes = simsizes; % |- b) e' ^+ L2 I: } ^
sizes.NumContStates = 0; O* c) |" d' Q$ m- R
sizes.NumDiscStates = 0; * ^: k* M" U( K% O5 L% A) a
sizes.NumOutputs = 1; : y3 |, B D0 w2 L v9 g3 H# G
sizes.NumInputs = 1; 7 W* I2 P2 I# W! [; X
sizes.DirFeedthrough = 1;
' `6 `6 g% n. J# F* P sizes.NumSampleTimes = 1;
$ t- [; f3 s, l$ z# B: c1 b sys = simsizes(sizes); 7 g7 H$ f- o" h' k3 J8 V
x0=[]; + D; o5 Z0 u) _, ]' ~
str=[];
% W- s. N& |1 e* I6 s: U ts=[0,0]; + j2 ]; c( [) s+ v
case 3,
! i7 ~9 f1 `( J' t0 t x/ N4 b sys=gain*u;
4 s; o7 b e7 D1 d4 | case {1,2,4,9},
! Q% x, @% ` Q9 x5 \% u3 R sys = []; 8 A/ }+ V% h! L
end
+ k# ~" _. e+ a! Z6 F0 T " `* q& R8 E5 {" d5 z( i1 J1 w
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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