【MATLAB App Designer】调用simulink模型并打包为独立程序

本人第一次写文章，如有纰漏还请指出，望海涵。
本人等级不够，标签都加不了qwq，大家点点赞哈。

文章目录

【MATLAB App Designer】调用simulink模型并打包为独立程序
前言&目标
一、Simulink模型部分
- 1.1 搭建simulink模型
- 1.2 编辑模型变量
二、AppDesigner部分
- 2.1 一些常用语法
- 2.2 调用.slx模并取出数据
三、打包独立桌面App
- 3.1 下载安装MinGW-w64
- 3.2 下载runtime运行环境
- 3.3 打包为独立程序

前言&目标

App Designer是Mathworks继GUIDE后推出的用于构建 MATLAB 应用程序的环境。它进一步简化了布置用户界面可视组件的过程。
本人使用的是R2021b版本，其AppDesigner的资源比较丰富；

本文将参考官方例程：Deploy an App Designer Simulation with Simulink Compiler并结合常用模块，分享学习经验；
https://ww2.mathworks.cn/help/slcompiler/ug/deploy-a-simulation-with-simulink-compiler.html
输入以下命令打开例程，它会在系统默认文件保存路径生成：

openExample('simulinkcompiler/DeployingASimulationAppUsingSimulinkCompilerExample')

请将文件夹移动至无空格纯英文路径下，运行时需要允许通过防火墙启动目标exe。
本文的目标包括：
按钮、坐标区、编辑字段(数值)、微调器等控件的使用；
学习创建simulink模型.slx文件并与app交互数据；
完成独立桌面应用的打包与运行；

一、Simulink模型部分

在这个例子中，我们使用质量弹簧阻尼系统。系统将：质量(m)、弹簧刚度(k)、阻尼(b)和初始位置(x0)参数化；系统的输入是外力；系统的输出是物体位置与速度。使用快速加速模式进行运行(需要编译)。

1.1 搭建simulink模型

按照物理含义或者公式建立模型，双击空白处键入模块名称即可快速放置，也可以在Model Library寻找与搜索；
注意，需要将输入/输出端口设置为inport/outport，不要用to workspace模块，后者会显著降低运行时间(也可能编译不过)；
为了节约空间方便引索，在模型设置 / 数据导入/导出(data import/export)中，将格式设为带有时间的结构体Structure with time；只勾选输出y(之后在这里取数据)、单一仿真输出out即可；

由于使用的是快速加速模式，对模型还有一些额外要求（有些小伙伴发现还是不能打包slx模型），可以参考官方帮助文档：快速加速模式的限制；例如代数环（比如一些循环迭代、负反馈）就不能生成代码，需要先想办法进行消除；

1.2 编辑模型变量

我们希望在App内能对模块的一些参数进行设置，，在.slx模型文件里只需要在需要控制模块参数处直接输入一个变量名(该例程是m、k、b、x0)或其公式；
如果是单纯的输入一个值或是简单曲线可以使用constant模块，同样将其值设为模型变量，注意将采样时间设为inf保证其可持续；
在模型内填好变量名后模型红色高亮表示错误，这样编译无法通过(其实不打包而只进行普通仿真的话已经可以调用了)，这时需要在建模选项卡中选择模型资源管理器Model Explore，在Model Workspace下新建MATLAB变量Variables(“田”字状符号)；

二、AppDesigner部分

打开文件夹下.mlapp文件，该例程实现了包括外部输入信号、仿真时失能所有控件、读取数据、启动simulink快速加速模式仿真、返回数据并绘图等功能。
Ctrl+I 自动对齐
Ctrl+R 注释
Ctrl+T 取消注释

AppDesigner的基础控件部分可以在B站学习(免费)：
【MATLAB App Designer】基础教程Matlab GUI界面设计
【Matlab Gui界面设计】MATLAB App Designer高级教程

2.1 一些常用语法

添加startupFcn启动回调函数（设计视图右键空白处/回调），App启动时应当启动simulink以支付加载库的一次性成本，在启动回调中填入：

start_simulink;

对于模型的外部输入信号，我们只需要定义两列向量(第一列时间tv，第二列输入信号值uv，给出取值变化的关键点即可)就可以通过ExternalInput()方法输入到模型；如果模型有一个有多种选项的外部输入信号，则应当定义一个函数返回两列向量的矩阵，通过if或switch去选择；下面给出switch用法，具体代码请参考例程：

switch 【判断选项】case '【选项str】'【赋值语句】;otherwiseerror('invalid input signal type');
end

再添加完控件后，我们只需要编写其完成的操作(其余部分自动生成)，右键按钮：回调 / 添加 ButtonPushed回调函数… 或：在组件浏览器中找到回调并添加…；对开关而言则是 SwitchChanged回调；进入代码区，添加功能；
考虑到App打包的软件后不能再通过MATLAB命令行进行调试，如果程序出错很麻烦，我们引入try catch来将这个错误抛出来供我们判断，在每个回调函数处以如下结构重写：

try【执行回调函数操作】;
catch ME%如果没能执行操作则弹出错误对话框errordlg(ME.message);
end

2.2 调用.slx模并取出数据

在按钮回调函数中为模型创建Simulink.SimulationInput()输入对象，并通过.setModelParameters()方法设置模型仿真参数：

%创建模型输入
simInp = Simulink.SimulationInput('【模型名】');
simInp = simInp.setVariable('【模型变量】',app.【控件】.Value);
%设置仿真时间 要求使用字符串
stopTimeStr = num2str(app.StopTimeSpinner.Value);
simInp = simInp.setModelParameter('StopTime', stopTimeStr);
%模型外部输入信号
simInp.ExternalInput = 【信号】;       %两列
%配置输入启动快速加速模式 调试时可注释掉
simInp = simulink.compiler.configureForDeployment(simInp);
%执行并取出结果
simOut = sim(simInp);
t = simOut.y.time;
yp = simOut.y.signals(【端口序号】).values;
%指定坐标区域绘图
plot(app.【绘图坐标区UIAxes】, t, yp);

有些仿真往往执行时间很长，为了防止在仿真途中误触，还应当在动作开始和结尾之间失能控件(例程使用的方法)，或使用进度条遮挡；

三、打包独立桌面App

在AppDesigner下设计工具选项卡中，点击共享即可打包。有MATLAB、Web、桌面三种App可选，可以添加作者、封面、简介等信息，平常使用时不打包也可以，这里以打包为独立桌面应用程序为例。
可以参考MATLAB上APP Designer如何导出exe：

3.1 下载安装MinGW-w64

MATLAB&Simulink打包时需要用到第三方编译器，如VS2019、VS2017或MinGW-w64，其中MinGW推荐使用6.3版本（我的电脑上已经有8.1但是检测不到）（如果有正版账号可以直接在MATLAB附加资源里下载~~，但我显然没有~~ ）。
安装路径不要有空格或中文，安装教程可以参考某度经验：
MATLAB如何安装配置MinGW-w64 C/C++编译器
链接直达，在File选项卡下找（建议科学上网，在线安装往往会失败）：
https://sourceforge.net/projects/mingw-w64/
csdn下载MinGW-w64 6.3
下载离线安装包后设置好环境变量MW_MINGW64_LOC，其值为解压安装路径，然后打开MATLAB在命令行输入：

setenv('MW_MINGW64_LOC', '【路径】')
mex -setup                      %检查编译器安装

3.2 下载runtime运行环境

具体操作步骤可以参考：
离线下载runtime后，matlab无法识别runtime的问题（matlab2019a)
MATLAB打包的程序需要runtime运行环境，它可以在与程序一起打包（超过1个G）之后直接使用，也可以不一起打包，在别人电脑上有安装此环境后使用；首先查询版本，之后下载runtime文件压缩包，在命令行中输入：

version
compiler.runtime.download       %我发现可以直接下载 不用挂VPN

下载完成后命令行会返回一串文字，下载的.zip不要解压，在MATLAB界面主页选项卡的预设下，把MATLAB Compiler设置好安装路径；最后在命令行输入如下指令查询：

mcr      %返回runtime版本及路径

3.3 打包为独立程序

点击AppDesigner的共享按钮，选择独立的桌面程序，填写好必要信息并进行设置：其中PACKAGING OPTIONS选择是否一同打包环境，from web则需要自己安装runtime，但文件体积小(我更推荐这种方法)：

点击Package，耐心等待即可；打开输出文件夹：

另外，打包模型时建议先对官方例程进行尝试，确认环境正常后再去尝试对自己的模型打包；
最后，安装时务必建空白文件夹！！！来安装软件，避免卸载后其他重要资料被删除。

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