matlab中ss函数_MATLAB中的S-Function的用法(C语言)
1. S-Function简介
S-Function是system-function的缩写。说得简单,S-Function就是用MATLAB所提供的模型不能完全满足用户,而提供给用户自己编写程序来满足自己要求模型的接口。
2. MEX函数与M文件的区别
第一, MEX 函数能实现的回调函数比M-文件能实现的回调函数要多得多;
第二, MEX 函数直接访问内部数据结构SimStruct,SimStruct 是Simulink 用来保存关于S-function 信息的一个数据结构;
第三, MEX 函数也可使用MATLAB MEX 文件API 直接来访问MATLAB 的工作空间。
如果一个C MEX文件与一个M文件具有相同的名字,则C MEX文件被优先使用,即在S-Function块中使用的是C MEX文件。
3. 基础知识
3.1 直接馈通(direct feedthrough)
直接馈通表示系统的输出或可变采样时间是否受到输入的控制。
a. 输出函数(mdlOutputs或flag==3)是输入u的函数。即,如果输入u在mdlOutputs中被访问,则存在直接馈通。
b. 对于一个变步长S-Function的“下一个采样时间”函数(mdlGetTimeOfNextVarHit或flag==4)中可以访问输入u。
例如,一个需要其输入的系统(也就是具有直接馈通)是运算y=kXu,其中,u是输入,k是增益,y是输出。
又如,一个不需要其输入的系统(也就是没有直馈通)是一种简单的积分运算:
输出:y=x;
导数:dx/dt=u
其中,x是状态,dx/dt是状态对时间的导数,u是输入,y是输出。
正确设置直接馈通标志是十分重要的,因为它影响模型中块的执行顺序,并可用检测代数环。
3.2 dynamically sized inputs
主要是给出:输入连续状态数目(size.NumContStates),离散状态数目(size.NumDiscStates) ,输出数目(size.NumOutputs),输入数目(size.NumInputs),Direct Feedthrough(size.Dir Feedthrough)。
3.3 setting sample times and offsets
setting smaple times and offsets主要设置采样时间.
3.4 Level-1 和Level-2
Level 1 提供一个简单的接口,可与少部分的S函数API交互。Matlab对于这种方式的支持更多的是为了保持与以前版本的兼容,现在推荐采用的是Level 2 S函数。
4. S-Function实例
S-Function的仿真流程
例如要创建一个有1输入(2维),2输出(1维),3个参数,还有全局变量的S-Function。 过程如下:
a. 新建sfunction的C语言文件
打开simulink,点击User-Defined Functions里面的S-Function Examples。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-file S-functions里面的Basic C-MEX template。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:
#define S_FUNCTION_NAME test//这里把文件名sfuntmpl_basic修改为test
#define S_FUNCTION_LEVEL 2#include"simstruc.h"
//程序里面要用到的头文件在这里引用,如“math.h”等。
float global_var; //定义全局变量
static void mdlInitializeSizes(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;
}static void mdlInitializeSampleTimes(SimStruct *S)//暂时不管
{
ssSetSampleTime(S,0, CONTINUOUS_SAMPLE_TIME);
ssSetOffsetTime(S,0, 0.0);
}#define MDL_INITIALIZE_CONDITIONS /* Change to #undef to remove function */
#if defined(MDL_INITIALIZE_CONDITIONS)
static void mdlInitializeConditions(SimStruct *S)//暂时不管
{
}#endif /* MDL_INITIALIZE_CONDITIONS */
#define MDL_START /* Change to #undef to remove function */
#if defined(MDL_START)
static void mdlStart(SimStruct *S)//暂时不管
{
}#endif /* MDL_START */
static void mdlOutputs(SimStruct *S, int_T tid)//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));const real_T *u = (const real_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];
}#define MDL_UPDATE /* Change to #undef to remove function */
#if defined(MDL_UPDATE)
static void mdlUpdate(SimStruct *S, int_T tid)
{
}#endif /* MDL_UPDATE */
#define MDL_DERIVATIVES /* Change to #undef to remove function */
#if defined(MDL_DERIVATIVES)
static void mdlDerivatives(SimStruct *S)
{
}#endif /* MDL_DERIVATIVES */
static void mdlTerminate(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。
{
}
#ifdef MATLAB_MEX_FILE/*Is this file being compiled as a MEX-file?*/#include"simulink.c" /*MEX-file interface mechanism*/
#else#include"cg_sfun.h" /*Code generation registration function*/
#endif
b. 编译
在matlab的command window 里面输入“mex test.c”,即可将test.c编译为mex文件。
c.调用sfunction
在simulink空间里面拉入sfunction,在s-function name里面填入test,参数里面填入要设定的参数,然后仿真即可。
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