[MATLAB]S函数

使用M语言编写S-函数，使用模板来编写。

M文件主函数格式

%[sys,x0,str,ts]=f(t,x,u,flag,p1,p1,...)%f为函数名，与文件名相同

%sys是某个子函数的返回值，取决也flag
%x0为所有状态的初始化向量，只有在flag=0时使用
%str为空矩阵，
%ts为采样时间，采样时间和偏移时间
% [0 0]每个时间步都运行S-函数
% [-1 0]使S——函数和被连接的模块一相同时速率运行
% [0.3 0.5]从0.5s和以0.3s的速度采样
%t为当前时间，
%x为状态向量，
%u为输入，
%flag是运行过程中的标志位，

%p1，p1...为附加值

子函数说明

function [sys,x0,str,ts]=sfun_mix(t,x,u,flag)
switch flag
case 0,
[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;%初始化系统参数
case 1,
sys=mdlDerivatives(t,x,u);%计算连续状态的导数
case 2,
sys=mdlUpdate(t,x,u);%离散状态的更新
case 3,
sys=mdlOutputs(t,x,u); %输出
case 4,
sys=mdlGetNextTimeVarHit(t,x,u);计算下一采样点
case 9,
sys=mdlTerminate(t,x,u);%终止仿真
otherwise
error(['Unhandled flag=',num2str(flag)]);

end

初始化定义说明

sizes.NumContStates=1;%连续变量个数
sizes.NumDiscStates=1;%离散变量个数
sizes.NumOutputs=1;%输出个数
sizes.NumInputs=1;%输入个数
sizes.DirFeedthrough=0;%直接贯通，0或1,当时输出值直接依赖于同一时刻的输入时为1
sizes.NumSampleTimes=2;%采样时间

实例：

1.信号放大两倍

%[sys,x0,str,ts]=f(t,x,u,flag,p1,p1,...)
%sys是某个子函数的返回值，取决也flag
%x0为所有状态的初始化向量，只有在flag=0时使用
%str为空矩阵，
%ts为采样时间，采样时间和偏移时间
%  [0 0]每个时间步都运行S-函数
%  [-1 0]使S——函数和被连接的模块一相同时速率运行
%  [0.25 0.1]从0.1s和以0.25s的速度采样
%t为当前时间，
%x为状态向量，
%u为输入，
%flag是运行过程中的标志位，
%p1，p1...为附加值function [sys,x0,str,ts]=timestwo(t,x,u,flag)
switch flagcase 0[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;case 3sys=mdlOutputs(t,x,u);case{1,2,4,9}sys=[];otherwise error(['Unhandled flag=',num2str(flag)]);
endfunction [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes
sizes=simsizes;%返回一个变量，
sizes.NumContStates=0;%连续变量个数
sizes.NumDiscStates=0;%离散变量个数
sizes.NumOutputs=1;%输出个数
sizes.NumInputs=1;%输入个数
sizes.DirFeedthrough=1;%直接贯通，0或1，当时输出值直接依赖于同一时刻的输入时为1
sizes.NumSampleTimes=1;%采样时间
sys=simsizes(sizes);%返回值
x0=[];
str=[];
ts=[-1 0];function sys=mdlOutputs(t,x,u)
sys=2*u;

2.增益可变

%[sys,x0,str,ts]=f(t,x,u,flag,p1,p1,...)
%sys是某个子函数的返回值，取决也flag
%x0为所有状态的初始化向量，只有在flag=0时使用
%str为空矩阵，
%ts为采样时间，采样时间和偏移时间
%  [0 0]每个时间步都运行S-函数
%  [-1 0]使S——函数和被连接的模块一相同时速率运行
%  [0.25 0.1]从0.1s和以0.25s的速度采样
%t为当前时间，
%x为状态向量，
%u为输入，
%flag是运行过程中的标志位，
%p1，p1...为附加值function [sys,x0,str,ts]=sfun_vargain(t,x,u,flag,gain)
switch flagcase 0[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;case 3sys=mdlOutputs(t,x,u,gain);case{1,2,4,9}sys=[];otherwise error(['Unhandled flag=',num2str(flag)]);
endfunction [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes
sizes=simsizes;%返回一个变量，
sizes.NumContStates=0;%连续变量个数
sizes.NumDiscStates=0;%离散变量个数
sizes.NumOutputs=1;%输出个数
sizes.NumInputs=1;%输入个数
sizes.DirFeedthrough=1;%直接贯通，0或1，当时输出值直接依赖于同一时刻的输入时为1
sizes.NumSampleTimes=1;%采样时间
sys=simsizes(sizes);%返回值
x0=[];
str=[];
ts=[-1 0];function sys=mdlOutputs(t,x,u,gain)
sys=gain*u;

3.积分器

%[sys,x0,str,ts]=f(t,x,u,flag,p1,p1,...)
%sys是某个子函数的返回值，取决也flag
%x0为所有状态的初始化向量，只有在flag=0时使用
%str为空矩阵，
%ts为采样时间，采样时间和偏移时间
%  [0 0]每个时间步都运行S-函数
%  [-1 0]使S——函数和被连接的模块一相同时速率运行
%  [0.25 0.1]从0.1s和以0.25s的速度采样
%t为当前时间，
%x为状态向量，
%u为输入，
%flag是运行过程中的标志位，
%p1，p1...为附加值%x'=u
%y=x
function [sys,x0,str,ts]=sfun_int(t,x,u,flag,initial_state)
switch flagcase 0[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(initial_state);case 3sys=mdlOutputs(t,x,u);case 1sys=mdlDerivatives(t,x,u);case{2,4,9}sys=[];otherwise error(['Unhandled flag=',num2str(flag)]);
endfunction [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(initial_state)
sizes=simsizes;%返回一个变量，
sizes.NumContStates=1;%连续变量个数
sizes.NumDiscStates=0;%离散变量个数
sizes.NumOutputs=1;%输出个数
sizes.NumInputs=1;%输入个数
sizes.DirFeedthrough=1;%直接贯通，0或1，当时输出值直接依赖于同一时刻的输入时为1
sizes.NumSampleTimes=1;%采样时间
sys=simsizes(sizes);%返回值
x0=[initial_state];
str=[];
ts=[-1 0];function sys=mdlDerivatives(t,x,u)
sys=[u];function sys=mdlOutputs(t,x,u)
sys=x;

4.蹦极系统（多状态）

k=5,a1=1,a2=1,g=10,h为离地面的高度，输入参数为长度、质量、离地面高度

%[sys,x0,str,ts]=f(t,x,u,flag,p1,p1,...)
%sys是某个子函数的返回值，取决也flag
%x0为所有状态的初始化向量，只有在flag=0时使用
%str为空矩阵，
%ts为采样时间，采样时间和偏移时间
%  [0 0]每个时间步都运行S-函数
%  [-1 0]使S——函数和被连接的模块一相同时速率运行
%  [0.25 0.1]从0.1s和以0.25s的速度采样
%t为当前时间，
%x为状态向量，
%u为输入，
%flag是运行过程中的标志位，
%p1，p1...为附加值function [sys,x0,str,ts]=sfun_bungee(t,x,u,flag,len,weight,dist_ground)
k=5;a1=1;a2=1;g=10;
switch flagcase 0,[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(len);case 1,sys=mdlDerivatives(t,x,u,weight,k,a1,a2,g);case 2,sys=mdlUpdate(t,x,u);case 3,sys=mdlOutputs(t,x,u,dist_ground);case 4,sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,u,x);case 9,sys=mdlTerminate(t,x,u);otherwise error(['Unhandled flag=',num2str(flag)]);
endfunction [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(len)
sizes=simsizes;%返回一个变量，
sizes.NumContStates=2;%连续变量个数
sizes.NumDiscStates=0;%离散变量个数
sizes.NumOutputs=1;%输出个数
sizes.NumInputs=0;%输入个数
sizes.DirFeedthrough=0;%直接贯通，0或1，当时输出值直接依赖于同一时刻的输入时为1
sizes.NumSampleTimes=1;%采样时间
sys=simsizes(sizes);%返回值
x0=[-len;1];
str=[];
ts=[0 0];function sys=mdlDerivatives(t,x,u,weight,k,a1,a2,g)
if x(1)<0b=0;
else b=-k*x(1);
end
x1dot=x(2);
x2dot=1/weight*(weight*g+b-a1*x(2)-a2*abs(x(2))*x(2));
sys=[x1dot;x2dot];function sys=mdlUpdate(t,x,u)
sys=[];function sys=mdlOutputs(t,x,u,dist_ground)
sys=dist_ground-x(1);function sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u)
%sampleTime=10;
%sys=t+sampleTime;
sys=[];function sys=mdlTerminate(t,x,u)
sys=[];

5.离散状态

%[sys,x0,str,ts]=f(t,x,u,flag,p1,p1,...)
%sys是某个子函数的返回值，取决也flag
%x0为所有状态的初始化向量，只有在flag=0时使用
%str为空矩阵，
%ts为采样时间，采样时间和偏移时间
%  [0 0]每个时间步都运行S-函数
%  [-1 0]使S——函数和被连接的模块一相同时速率运行
%  [0.25 0.1]从0.1s和以0.25s的速度采样
%t为当前时间，
%x为状态向量，
%u为输入，
%flag是运行过程中的标志位，
%p1，p1...为附加值function [sys,x0,str,ts]=sfun_und(t,x,u,flag)
switch flagcase 0,[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;case 2,sys=mdlUpdate(t,x,u);case 3,sys=mdlOutputs(t,x,u);case 9,sys=[];otherwise error(['Unhandled flag=',num2str(flag)]);
endfunction [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(len)
sizes=simsizes;%返回一个变量，
sizes.NumContStates=0;%连续变量个数
sizes.NumDiscStates=1;%离散变量个数
sizes.NumOutputs=1;%输出个数
sizes.NumInputs=1;%输入个数
sizes.DirFeedthrough=0;%直接贯通，0或1，当时输出值直接依赖于同一时刻的输入时为1
sizes.NumSampleTimes=1;%采样时间
sys=simsizes(sizes);%返回值
x0=0;
str=[];
ts=[0.1 0];function sys=mdlUpdate(t,x,u)
sys=u;function sys=mdlOutputs(t,x,u)
sys=x;

参考资料：

simulink动态系统建模与仿真

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