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：editsfuntmpl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：,...)2,1,,,,(],,0,[ppflaguxtftsstrxsysFunction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：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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：mdlGetTimeOfNextVarHit⑥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：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：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-DefinedFunctions里面的S-FunctionExamples。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-fileS-functions里面的BasicC-MEXtemplate。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：#defineS_FUNCTION_NAMEtest//这里把文件名sfuntmpl_basic修改为test#defineS_FUNCTION_LEVEL2#includesimstruc.h//程序里面要用到的头文件在这里引用，如“math.h”等。floatglobal_var;//定义全局变量staticvoidmdlInitializeSizes(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1ssSetInputPortWidth(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;}staticvoidmdlInitializeSampleTimes(SimStruct*S)//暂时不管{ssSetSampleTime(S,0,CONTINUOUS_SAMPLE_TIME);ssSetOffsetTime(S,0,0.0);}#defineMDL_INITIALIZE_CONDITIONS/*Changeto#undeftoremovefunction*/#ifdefined(MDL_INITIALIZE_CONDITIONS)staticvoidmdlInitializeConditions(SimStruct*S)//暂时不管{}#endif/*MDL_INITIALIZE_CONDITIONS*/#defineMDL_START/*Changeto#undeftoremovefunction*/#ifdefined(MDL_START)staticvoidmdlStart(SimStruct*S)//暂时不管{}#endif/*MDL_START*/staticvoidmdlOutputs(SimStruct*S,int_Ttid)//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));constreal_T*u=(constreal_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];}#defineMDL_UPDATE/*Changeto#undeftoremovefunction*/#ifdefined(MDL_UPDATE)staticvoidmdlUpdate(SimStruct*S,int_Ttid){}#endif/*MDL_UPDATE*/#defineMDL_DERIVATIVES/*Changeto#undeftoremovefunction*/#ifdefined(MDL_DERIVATIVES)staticvoidmdlDerivatives(SimStruct*S){}#endif/*MDL_DERIVATIVES*/staticvoidmdlTerminate(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。{}#ifdefMATLAB_MEX_FILE/*IsthisfilebeingcompiledasaMEX-file?*/#includesimulink.c/*MEX-fileinterfacemechanism*/#else#includecg_sfun.h/*Codegenerationregistrationfunction*/#endif2.编译在matlab的commandwindow里面输入“mextest.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-functionname里面填入test，参数里面填入要设定的参数，然后仿真即可。