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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)
0 ?0 t& S) d' h u! ^- S 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 7 h; h$ s2 [6 t3 _5 B
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。
4 `, W. v7 a" t+ l 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) - g) E2 i s# @& 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。
5 q' g/ l2 D( V8 ? 下面结合sfuntmpl.m中的代码来讲具体的结构: p7 D- [* n, t' Q
switch flag, %判断flag,看当前处于哪个状态
4 ~* j$ G. k9 k+ i case 0,
8 q; f3 M7 u) R( E3 k/ ]& ~! u$ ] [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes; / u' F5 G$ n1 ^$ }# L+ Y
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 D2 e& t7 Q* ]* \4 E
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 - `1 u4 \! g) Y4 R K. p6 j2 Y7 Z
size = simsizes;%用于设置模块参数的结构体用simsizes来生成
! w4 j7 G: s# B9 e) L9 [3 f( @ sizes.NumContStates = 0;%模块连续状态变量的个数 3 g- m' L4 K1 ^
sizes.NumDiscStates = 0;%模块离散状态变量的个数 . Y q7 i3 s& r0 ~# K K
sizes.NumOutputs = 0;%模块输出变量的个数
% ?" A# c! Z# w3 s sizes.NumInputs = 0;%模块输入变量的个数
) E; v6 [2 _# d6 A- {7 A) i8 c 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) " I" R# h" B# i
sizes.NumSampleTimes = 1;%模块的采样时间个数,至少是一个
, o, ]" U. c, n" U! U. n* T6 L x sys = simsizes(sizes); %设置完后赋给sys输出 & ?0 Z9 X8 e7 _. b$ S% z" W- o
举个例子,考虑如下模型:
/ i' @/ l9 _' m) h* o2 q" b: d dx/dt=fc(t,x,u) 也可以用连续状态方程描述:dx/dt=A*x+B*u
8 Z+ {4 R# r: Z! n. Q 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)
0 E; S! G3 O: u8 ~; Y; x6 X y=fo(t,x,u) 也可以用输出状态方程描述:y=C*x+D*u 8 F( @5 O* o7 I! R' L
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:
( ~- T7 x: T2 u1 d% \: c* g+ B) j(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)
2 v/ W3 z2 |( d) ?% j. bsizes.NumContStates=1;sizes.NumDiscStates=1;sizes.NumOutputs=1;sizes.NumInpu . k4 e- t2 r0 p! T
ts=1; 4 S$ R- W) D g+ v+ U
其他的可以不变。继续在mdlInitializeSizes函数中往下看: ! i; b" }7 o; s5 _8 z4 {7 f
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)
7 J* K5 L# v E+ i3 ~ 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 & s, n. M( m6 k# P( x" g
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 # j9 O0 h+ d z& _7 a+ Q' `
嘻嘻,总算讲完了初始化,后面的应该快了 . j6 v+ G4 }5 c! J
在sfuntmpl的106行继续往下看:
% T' G8 L: I M+ L! |! ]# q5 {# X( F case 1,
, \* _+ N4 N( s2 E5 ^. I" ~ sys=mdlDerivatives(t,x,u);
: w! f3 V% [) d( ]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
6 A1 K8 V3 e& I继续,在sfuntmpl的112行:
$ u8 ?# Y, m* i$ @ case 2,
! Y2 H& o/ U0 T, m. f; E+ w5 {" m5 U sys=mdlUpdate(t,x,u);
6 M8 ^& l( k4 Y0 C! Rflag=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) * N+ F( x; J# w0 n$ M$ H
& t" b2 g5 V: ^. C看来后面几个一两句话就可了,呵呵,在sfuntmpl的118行
- ^8 Q2 [6 s/ P case 3,
- Z% {' Z+ w! n sys=mdlOutputs(t,x,u); 0 w+ W% Q& i# H1 q& L7 e$ ]
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 9 t8 p4 U' |" H& s- X* r! s
好像快完了,嘻嘻,在sfuntmpl的124行
- n' T2 |3 \' z& I8 }3 ^. ^6 x case 4, 0 E# |& T! |) B/ ^. j5 I$ @8 k6 G
sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u); & Y; \- `: Z( P6 ?
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) : @+ x) b G% ^0 \. u; ^: L
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 , _. O: [; c) I5 L, O% S
最后一个,在sfuntmpl的130行
) o ^' W0 E4 O# t `: f7 ~, m case 9, 2 }7 A" _; p/ r1 j% \; v
sys=mdlTerminate(t,x,u); 5 j! F* O6 P4 ?3 m4 N& C, I
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 ! g% ?0 H1 ?$ l- g- p% K" `
关于sfuntmpl这个s函数的模板讲完了。 % I; n- @0 \' R% Y
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 9 c% e. G' ?3 F$ Q$ x- O
function [sys,x0,str,ts] = sfungain(t,x,u,flag,gain) 6 L$ W. ^1 x1 y$ K6 M4 r+ {
switch flag,
. L) h' ]0 V! k x1 } case 0, ' M ?$ S& \- P7 q
sizes = simsizes; ) h# }( E+ ?: O, {& a' D
sizes.NumContStates = 0;
/ ?: L1 u0 n6 C; j. D sizes.NumDiscStates = 0; 2 K! N4 B0 Q2 X0 e b
sizes.NumOutputs = 1;
$ g6 s7 U* b2 q5 o sizes.NumInputs = 1; 2 W: @3 b5 ]* O2 X% A1 x
sizes.DirFeedthrough = 1;
! h/ t/ ?* v m2 W# y% c' n sizes.NumSampleTimes = 1; + ^- I* m5 r+ h; H9 t
sys = simsizes(sizes); 6 j% y! e6 ], ?) f
x0=[];
) V' a1 j: s {0 G+ |' c; F2 c str=[];
* |3 f3 n- c! }$ N0 t4 e ts=[0,0];
3 R' E+ v' }" i" ^3 b9 ^5 h case 3,
f6 {" O: P! E+ q$ l( u sys=gain*u; 2 H* ^. p( v. I5 d j
case {1,2,4,9},
$ p. D+ I# S! ]6 h. g, T sys = []; # m8 l& F V, `' h" e: _
end
3 h3 x$ r! X( b) z+ f# t 0 I; E( p& @, X: s$ t
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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