S函数编辑流程及相关

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：

      function[sys,x0,str,ts]=fname(t,x,u,flag,p1,p2,...)

S函数默认的四个输入参数：t ,x ,u ,flag

S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 ：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mdlTerminate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

l  初始化SimStruct，包含了S函数的所有信息；

l  设置输入、输出端口数；

l  设置采样时间；

l  分配存储空间。

②　数值积分：mdlDerivatives

l  用于连续状态的求解和非采样过零点；

l  如果存在连续状态，调用mdlDerivatives和mdlOutput两个子函数；

l  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：mdlUpdate

④　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：mdlGetTimeOfNextVarHit

⑥　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：

http://s9/mw690/001NTKUYzy6KPN9cf0s28&690

3)      S-Function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：

http://s7/mw690/001NTKUYzy6KPNcj5GK36&690

 

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语言的版本，其实都大同小异，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 mdlInitializeSizes(SimStruct *S)

{

 //这个函数用来设置输入、输出和参数的。

    ssSetNumSFcnParams(S, 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

    ssSetInputPortWidth(S, 0, 2); //设置输入变量0的维数为2

ssSetInputPortRequiredContiguous(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

    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)//暂时不管

{

    ssSetSampleTime(S, 0, CONTINUOUS_SAMPLE_TIME);

    ssSetOffsetTime(S, 0, 0.0);

 

}

#define MDL_INITIALIZE_CONDITIONS  

#if defined(MDL_INITIALIZE_CONDITIONS)

 

  static void mdlInitializeConditions(SimStruct *S)//暂时不管

  {

  }

#endif

#define MDL_START 

#if defined(MDL_START)

  static void mdlStart(SimStruct *S)//暂时不管

  {

  }

#endif

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 = mxGetPr(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);

y1[0]=u[0]*para1[0]+u[1]*para2[0];

y2[0]=u[1]*para3[0]+u[0]*para1[0];

}

#define MDL_UPDATE 

#if defined(MDL_UPDATE)

 

  static void mdlUpdate(SimStruct *S, int_T tid)

  {

  }

#endif

#define MDL_DERIVATIVES 

#if defined(MDL_DERIVATIVES)

  static void mdlDerivatives(SimStruct *S)

  {

  }

#endif

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，全局变量还是之前的值。

{

}

 

#ifdef  MATLAB_MEX_FILE   

#include "simulink.c"     

#else

#include "cg_sfun.h"      

#endif

2.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。