matlab中sfunction用法.docx
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matlab中sfunction用法.docx
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matlab中sfunction用法
matlab中s-function用法
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
#include"simstruc.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;
}
staticvoidmdlInitializeSampleTimes(SimStruct*S)//暂时不管
{
ssSetSampleTime(S,0,CONTINUOUS_SAMPLE_TIME);
ssSetOffsetTime(S,0,0.0);
}
#defineMDL_INITIALIZE_CONDITIONS/*Changeto#undeftoremove
function*/
#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?
*/
#include"simulink.c"/*MEX-fileinterfacemechanism*/
#else
#include"cg_sfun.h"/*Codegenerationregistrationfunction*/
#endif
2.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。
Matlab中如何编写S函数(zz)
2009-03-2619:
11
函数是systemFunction的简称,用它来写自己的simulink模块。
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)。
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windowsAPI等的。
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。
在matlab的workspace里打editsfuntmpl(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).
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);s
ys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。
下面结合sfuntmpl.m中的代码来讲具体的结构:
switchflag,%判断flag,看当前处于哪个状态
case0,
[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;
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,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
size=simsizes;%用于设置模块参数的结构体用simsizes来生成
sizes.NumContStates=0;%模块连续状态变量的个数
sizes.NumDiscStates=0;%模块离散状态变量的个数
sizes.NumOutputs=0;%模块输出变量的个数
sizes.NumInputs=0;%模块输入变量的个数
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)
sizes.NumSampleTimes=1;%模块的采样时间个数,至少是一个
sys=simsizes(sizes);%设置完后赋给sys输出
举个例子,考虑如下模型:
dx/dt=fc(t,x,u)也可以用连续状态方程描述:
dx/dt=A*x+B*u
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)
y=fo(t,x,u)也可以用输出状态方程描述:
y=C*x+D*u
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:
(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)
sizes.NumContStates=1;
sizes.NumDiscStates=1;
sizes.NumOutputs=1;
sizes.NumInpu
ts=1;
其他的可以不变。
继续在mdlInitializeSizes函数中往下看:
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)
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
ts=[00];%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。
嘻嘻,总算讲完了初始化,后面的应该快了
在sfuntmpl的106行继续往下看:
case1,
sys=mdlDerivatives(t,x,u);
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
继续,在sfuntmpl的112行:
case2,
sys=mdlUpdate(t,x,u);
flag=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mdlUpdate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)
看来后面几个一两句话就可了,呵呵,在sfuntmpl的118行
case3,
sys=mdlOutputs(t,x,u);
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
好像快完了,嘻嘻,在sfuntmpl的124行
case4,
sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u);
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mdlInitializeSizes中提到的ts设置ts
(1)不为0)
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editvsfunc看vsfunc.m这个例子
最后一个,在sfuntmpl的130行
case9,
sys=mdlTerminate(t,x,u);
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
关于sfuntmpl这个s函数的模板讲完了。
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。
function[sys,x0,str,ts]=sfungain(t,x,u,flag,gain)switchflag,
case0,
sizes=simsizes;
sizes.NumContStates=0;
sizes.NumDiscStates=0;
sizes.NumOutputs=1;
sizes.NumInputs=1;
sizes.DirFeedthrough=1;
sizes.NumSampleTimes=1;
sys=simsizes(sizes);
x0=[];
str=[];
ts=[0,0];
case3,
sys=gain*u;
case{1,2,4,9},
sys=[];
end
做好了s函数后,simulink--user-definedfunction下拖一个S-Function
到你的模型,就可以用了,在simulink----user-definedfunction还有个
s-FunctionBuilder,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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