Simulink中的自定义模块

目录

Fcn 模块 (1)

MATLAB Fcn 模块 (2)

S Function (System Function) (3)

1. 函数的函数头 (4)

2. 函数分析 (4)

3.带参数的S函数 (8)

4.S函数格式及说明 (9)

simulink中子模块的封装 (16)

Fcn 模块

Fcn模块对它的输入进行指定的表达式运算。使用的表达式可由下面的一个或多个部分组成。

u --- 模块的输入。如果u是一个向量，u(i)表示此向量的第i个元素；u(1)或者u表示第一个元素

数值常数(例如表达式5.2*u)

算术运算符(+ - * / ^ 例如表达式u^2+5.2)

关系运算符(== != > < >= <=) --表达式返回1,如果关系为真; 否则返回0

逻辑运算符(&& || !) 表达式返回1,如果关系为真; 否则返回0

括号

数学函数(abs, acos, asin, atan, atan2, ceil, cos, cosh, exp, fabs, floor, hypot, ln, log, log10, pow, power, rem, sgn, sin, sinh, sqrt, tan, tanh.)

Workspace中定义的变量–如果变量名字不是Matlab 保留字符(比如sin)，变量名字会被传递给Matab，从而在Maltab Workspace中获取相应给定的值。矩阵或者向量必须具体到其对应的元素。(比如A(1,1))

注意：Fcn模块中使用的表达式不支持矩阵运算，同样不支持(:) 符。模块输入可以是标量或者向量，但输出总是标量数值。

MATLAB Fcn 模块

MATLAB Fcn模块对它的输入进行指定的Matlab函数或者表达式运算。输出尺寸必须和模块中定义的尺寸相符，否则报错。

下面是MATLAB Fcn模块中可以使用的有效表达式

sin atan2(u(1),u(2)) u(1)^u(2)

注意：

同Fcn模块相比，在仿真中MATLAB Fcn模块速度要慢，因为它需要在每个积分步骤中调用Maltab编译器。因此建议使用Fcn模块或者Math Function模块代替MATLAB Fcn模块，或者编写M文件或者MEX文件S 函数代替它。

S Function (System Function)

S函数，即系统函数，用来扩展Simulink模块库。一个S函数，相当于一个Simulink模块，只不过这个模块不是在Simulink Library中已经存在的，用户需要根据自己对Simulink的功能需求，使用指定的编程语言来定制自己的Simulink 模块。

S 函数支持Matlab, C, C++, Ada, or Fortran等语言，编写S函数需要按照一定的格式，具体如何编写S函数，参考Matlab自带文档。

如果能用现有的Simulink 模块库中的模块满足需求，不建议使用S函数编写。

所谓s函数是system Function的简称, 用它来写自己的simulink模块. s函数可以用matlab、C、C++、Fortran、Ada等语言来写，这儿只介绍怎样用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windows API等

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里输入edit sfuntmpl(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.

1. 函数的函数头

函数的第一行：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)

sys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, 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

2. 函数分析

下面结合sfuntmpl.m中的代码来讲具体的结构：

switch flag, %判断flag，看当前处于哪个状态

case 0,

[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;

// 解释说明

flag=0表示当前处于初始化状态，此时调用函数mdlInitializeSizes进行初始化，此函数在该文件的第149行定义. 其中的参数sys是一个结构体，它用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

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;