matlab/simulink中带参数的S-Function（S函数）的写法

S函数的相关概念与写法，直接在帮助文件中搜：【MATLAB S-Functions Create custom blocks defined】、【S-Function Concepts】等

S函数模块可以从下图中拖出来：

图 1

其中S-Function是正宗的S函数模块，旁边还有一个S-Function builder是给新手用的，只要学会了S函数模块，S builder模块自然一看就懂。

使用S函数模块的步骤：①写S函数的.m文件, 并把m文件所在的文件夹加入搜索路径，如下图2所示。②在simulink中拖出S函数，并填上m文件的名字，如果有参数（下文会讲到），也把参数名填上，如下图3所示。然后就可以执行仿真了

图2

图3

下面是最关键的部分，如何写S函数：

写S函数的本质就是写一堆回调函数，C/C++程序员对回调函数应该很熟悉了，既然是回调函数，那写之前必须要知道形参和返回值的格式，这个格式从哪查？直接在matlab命令行执行： edit sfuntmpl，就直接打开了官方提供的模板，连格式都不用查了，直接仿照官方模板把函数体改改盖就行了，方便。

（1）S函数的总函数

把官方模板的代码拷到一个新文件里，并命名为自定义名称，我取的名字是oneOrderModule.m，然后把函数名也改成和文件名相同，我的是这样的：function [sys,x0,str,ts,simStateCompliance] = oneOrderModule(t,x,u,flag, T)

我与官方版不同的是，自己加了一个参数T，如果你还想添加更多参数，直接在形参表里添加就行了。添加的形参的实参值，来自于图3的第二个输入框，这个输入框可填常量，也可以填工作区变量名。

形参：①当前的仿真时间t，单位为秒，该参数可以用来描述变参数系统，例如你想实现【在t>2S时，把系统增益给改掉】这一功能，就可以通过判定t的值来实现；②x为状态列向量；③输入列向量u；④flag为当前状态机的第几步，例如实参送进来的flag=0代表S函数需要初始化，flag=1代表要更新连续状态

返回值：在不同的状态步下（也即flag不同时），返回值的意义是不同的，在模板文件的注释中都讲到了：

例如flag=0时，需要返回：输入输出状态变量等的大小SIZES、状态变量的初值X0等。。。
又如flag=3时，返回值sys代表输出向量Y，也即状态空间表达式第2式，Y=CX+DU

不同flag下返回值得写法，将在下面的各个函数中依次讲解

（2）系统初始化

当我么在函数中检测到flag=0时，意味着simulnk需要我们返回系统初始化的一些信息。
实际上，我们可以直接把flag=0时需要执行的代码直接写在switch-case中，但是为了使程序更清晰，我们也仿照官方模板，在case中调用初始化函数mdlInitializeSizes，我们把代码写在初始化函数中。

function [sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=mdlInitializeSizes

sizes = simsizes;

sizes.NumContStates  = 1;%连续状态向量的元素数目
sizes.NumDiscStates  = 0;%离散状态向量的元素数目
sizes.NumOutputs     = 2;%输出向量的元素数目
sizes.NumInputs      = 1;%输入向量的元素数目
sizes.DirFeedthrough = 1;%输入是否直接馈通到输出
sizes.NumSampleTimes = 1;   % 采样时间矩阵的行数（必须设为>=1），另外列数固定为2，无需设置

sys = simsizes(sizes);%把以上赋值好的结构赋给返回值
x0  = [0];%设置状态向量的初值
str = [];%保留参数，不用管
ts  = [0 0];%采样时间设置，必须为mx2维度，其中m为上面sizes.NumSampleTimes的值
simStateCompliance = 'UnknownSimState';

此函数中，按照回调函数的要求，sys的返回要返回一些成员的尺寸大小，我们可以一个个为sys(1)、sys(2)。。等依次赋值，但我们不会这么做，因为官方模板为我们提供了一个辅助数据结构的实体simsizes，直接把他复制出来把成员值改好，再赋值给返回值sys即可。simsizes的成员有6个，其中有2个需要单独讲一下：

①直接馈通标志DirFeedthrough，这个东西实际上就是看看状态空间表达式第2式Y=CX+DU中的D矩阵是否为0矩阵，如果不是，那我们必须把馈通标志设为1。从回调函数来看，只要我们把DirFeedthrough设成了1，那么当flag=3时，系统会把t、u两个参数传进总函数oneOrderModule中，如果DirFeedthrough设成了0，那么当flag=3时，我们在oneOrderModule函数或者mdlOutputs函数中中将无法读到t的值（实际读出来总是0），也无法读到u的值（实际读出来总是一个只含Nan元素的向量）。

②采样时间矩阵的行数NumSampleTimes
这个东西有些复杂，从直观上看，它决定了【采样时间矩阵ts】的行数，ts矩阵是NumSampleTimes行2列的矩阵。ts的每一行均包含一个数据对：[ 采样时间   偏移量 ]，这些数据对不是乱填的，可选就这么几种形式：

采样时间可以理解为采样周期，真正的采样时刻=n*周期+偏移量。
对于连续系统，采样时间应设为0，matlab也提供宏CONTINUOUS_SAMPLE_TIME，该宏的值=0。
对于固定步长的离散系统，可以直接设置采样间隔和偏移，形如：[ 0.1   0.02 ]
对于变步长的离散系统，可以设置为：[VARIABLE_SAMPLE_TIME,  0.0]，这种参数需要同时把simulink求解器solver设置成变步长的。
继承前一模块的采样点，可以设置为：[INHERITED_SAMPLE_TIME, FIXED_IN_MINOR_STEP_OFFSET或0]。

更多知识点，可以搜索这几个宏名来学习。

（3）连续系统更新、离散系统更新

这两个函数分别为mdlDerivatives和mdlUpdate，如果需要支持自定义的参数，那么直接修改函数的形参表即可，在我的例子中，我附加了一个T参数，那么我的连续系统更新函数是这样的：

function sys=mdlDerivatives(t,x,u, T)
A = [-1/T];
B = [1/T];
sys = A*x+B*u;

原理是这样的，典型一阶系统的微分方程：

如果系统中存在离散状态，那么就在mdlUpdate中写出离散状态空间表达式即可，如果没有离散状态，就直接sys返回空矩阵。

（4）输出函数

function sys=mdlOutputs(t,x,u)
C = [1 
    1];
D = [0
    1];
 sys = C * x + D * u;
%sys = [x t];

这个也没啥好说的，描述一下输出向量即可。不过提醒一下，如果使用了 u或t 参数，不要忘记把馈通标志置1，否则在本函数中收不到t和u的实参值。

这个函数描述了两个输出: y(1)=x，y(2)=x+u

下面看一下仿真结果：

和预想的一样，没毛病。

最后

以上就是慈祥裙子为你收集整理的matlab/simulink中带参数的S-Function（S函数）的写法的全部内容，希望文章能够帮你解决matlab/simulink中带参数的S-Function（S函数）的写法所遇到的程序开发问题。

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