S—函数的建模与应用教程.doc

S-Function是system-function的缩写。当Matlab所提供的simulink模型不能完全满足用户需要时，就可以通过S-函数提供用户自己编写程序啦满足自己要求模型的接口。S-函数可以用Matlab、C、C++、Ada和Fortran语言编写，但是后四种语言编写的S-函数需要编译成MEX文件。在同名的M文件和MEX文件的S-函数情况下，Matlab和simulink优先调用MEX。S-函数主要用来实现下面几个方面的功能：(1)向simulink模块中增加一个通用目标的模型(2)使用S-函数的模块来充当硬件的驱动(3)在仿真中嵌入已经存在的C代码(4)将系统表示成一系列的数学方程(5)在simulink中使用动画使用S-函数的一个优点是，你可以建立一个通用目标的模块，在一个模型中可以多次调用，每一个模块可以有不同的参数。本教程的目录如下2# S-函数工作原理? ?2.1 模型的数学描述? ?2.2 S-函数仿真过程? ?2.3 S-函数回调方法3# M文件S-函数的编写和模板4# M文件S-函数实例? ?4.1简单单摆仿真实验? ?4.2混合系统M文件S-函数一、S-函数工作原理 模型的数学描述 simulink模块一般由若干输入、状态和输出组成，其中输出是时间、状态和输入的函数 2009-3-25 20:50 上传 下载附件 (6.06 KB) 可以通过下面的几个数学表达式来描述上面的过程，具体如下：输出：y=f(x,u,t)状态：x=g(x,u,t) S-函数仿真过程 simulink模型的处理主要有两个过程：1第一个阶段是初始化这时侯的所有参数都将被确定，主要完成以下几个过程：(1)传递参数表达式给Matlab进行求解(2)得到的数值作为实际的参数使用(3)展开模型的层次，每个子系统被它们所包含的模块替代(4)检查好相邻模块间的连接(5)确定状态初值和采样时间2第二阶段是模型仿真运行仿真开始运行，仿真过程是求解器和simulink引擎交互控制的。求解器的作用是传递模块的输出，对状态导数进行积分，并确定采样时间，周而复始，直到仿真结束。仿真运行阶段的工作可以概括为：(1)计算模型输出(2)更新模型离散状态(3)计算模型连续状态，连续状态的计算过程(4)计算模型输出，过零可能被激活(过零点，就是输出y从正变到负或从负变到正) S-函数回调方法(具体看后面的实例) 一个S-函数有对应的回调函数，这些回调函数(也叫方法)在模型仿真时，告诉simulink如何操作和计算。S-函数回调方法主要完成以下几个方面：(1)初始化模型(mdlInitializeSizes)在仿真之前，simulink在这个阶段初始化S-函数，主要有以下几个过程：注意：如果下面字段代表的向量宽度(也就是**的个数)为动态可变，则必须将它们赋值为－1①初始化结构体SimStruct，它包含了S-函数的所有信息②设置输入(NumOutputs)输出(NumInputs)端口数，也就是输入变量的个数③设置状态变量个数(NumStates)，注意有连续和离散之分④设置是否有直接馈通(DirFeedthrough)，简单的理解就是输入能否控制输入出，如果有则为1，否则为0，在以下两种情况需要直接馈通：a、某一时刻的系统输出y中包含某一时刻的系统输入ub、系统是一个变采样时间系统(variable sample time system)且采样时间计算与输入u相关⑤设置采样时间个数(NumSampleTimes)，也就是ts变量的行数，与用户对ts的定义有关(2)计算下一个采样时间(mdlGetTimeOfNextVarHit)在创建一个变时间样本时，这个步骤计算下一个样本的时间点，即计算下一步的仿真步长(3)计算下一个时间步的输出(mdlOutputs)当这一步完成后，此模块的所有端口对于当前时间按步都是合法的(4)更新模块状态(mdlUpdate)此过程在每一步长处都要执行一次，可以在这个过程中添加每一个仿真都需要更新的内容，此过程离散状态的更新(5)对状态变量进行积分(mdlDerivatives)用于连续状态的求解和非采样过零点，如果S-函数存在连续状态，simulink就在minor step time内调用mdlDrivatives和mdlOutput两个函数。如果存在非采样过零点，则调用mdlOutput和mdlZeroCrossing函数 二、M文件S-函数的编写和模板 Matlab中提供了直接的S-函数的模板，不需要我们直接编写原始文件，只需要根据我们的需要修改其中的一部分就可以了