matlab function_simulink S-function使用指南

重要且全面的学习资料

在matlab命令行中输入 edit sfuntmpl ，可以打开S-function的模板，里面对S-function的函数和变量作用均作了介绍。 S-function的基础是现代控制理论的状态定义，使用S-function需具备现代控制理论的基本知识

为什么要有S-function

• 因为matlab中的模块太过标准化，无法满足多变的应用和调试需求，在以下情况下，S-function可以很方便的对系统进行建模。
• 控制或受控系统具有复杂时变特性
• 控制系统在控制过程中自我迭代，存在需要保留和记录的变量
• 控制系统的输出较为复杂，难以用function和m-function表示
• 系统在生成、运行或结束时需要执行特殊操作

S-function属性窗口介绍

• S-function name ：S-function的名字，随便写，自己认识即可
• S-function parameters：S-function的模块参数，默认为空
• S-function modules ：S-function的模块，无需修改，采用系统默认模块即可 也就是说，这三个参数，只需要修改第一个参数为模块命名即可
• 点击Edit，可以进入S-function的代码编辑界面

S-function内部函数介绍

• [sys,x0,str,ts] = functionName(t,x,u,flag) 这是函数的总入口，收到信号后，首先进入这个函数.这个函数包含一个switch语句，根据情况进入不同的子函数
• [sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=mdlInitializeSizes; S-function进行基本的设置，具体参数会在后面进行介绍。相当于构造函数
• sys=mdlDerivatives(t,x,u); 该函数仅在连续系统中被调用，用于产生控制系统状态的导数
• sys=mdlUpdate(t,x,u); 该函数仅在离散系统中被调用，用于产生控制系统的下一个状态
• sys=mdlOutputs(t,x,u); 产生（传递）系统输出
• sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u) 获得下一次系统执行（next hit）的时间，该时间为绝对时间 此函数仅在采样时间数组中指定变量离散时间采样时间[-2 0]时会被调用。
• sys=mdlTerminate(t,x,u) 相当于构析函数，结束该仿真模块时被调用

S-function的执行顺序

1. 在仿真开始时，执行mdlInitializeSizes
2. 若系统包含连续部分，则调用mdlDerivatives；若系统包含离散部分，则调用mdlUpdate
3. 调用mdlOutputs，产生输出
4. 若满足条件，则执行mdlGetTimeOfNextVarHit
5. 循环执行1--3，直至仿真停止
6. 执行mdlTerminate，仿真停止

S-function输入输出参数含义

输入参数t,x,u,flag

• t ：系统时间
• x ：系统状态
• u ： 系统输入，即在simulink models中连接至S-function的线上的数据。注意区分x和u
• flag ： 系统状态，由系统自动生成，决定了系统应当执行哪个S-function子函数

输出参数sys,x0,str,ts,simStateCompliance

• sys ： 系统本身，可以理解为下一时刻的系统；同时sys的前几个数值（sys[1]等)是系统的输出，即在simulink中S-function伸出线上的数据
• x0 ： 系统初始状态
• str ： 状态排序字符串，通常指定为[]。
• ts ： 可认为是采样时间
• simStateCompliance

mdlInitializeSizes例程与介绍

sizes = simsizes;           %调用构造函数，生成一个默认类

sizes.NumContStates  = 0;   %设置系统连续状态的数量
sizes.NumDiscStates  = 0;   %设置系统离散状态的数量
sizes.NumOutputs     = 0;   %设置系统输出的数量
sizes.NumInputs      = 0;   %设置系统输入的数量
sizes.DirFeedthrough = 1;   %设置系统直接通过量的数量，一般为1
sizes.NumSampleTimes = 1;   % at least one sample time is needed
                            % 需要的样本时间，一般为1.
                            % 猜测为如果为n，则下一时刻的状态需要知道前n个状态的系统状态

sys = simsizes(sizes);
x0  = [];                   % 系统初始状态
str = [];                   % 保留变量，保持为空
ts  = [0 0];                % 采样时间
simStateCompliance = 'UnknownSimState';

注意

• S-function的基础是现代控制理论的状态定义，S-function本身是一个系统，可以被设置为控制系统，也可以被设置为受控系统。因此本文所指的系统，均指S-function本身