详解Stateflow建模与应用实例.docVIP

port_label(input,1,signal);

port_label(output,1,gain);

port_label(output,2,saturation);

port_label(output,3,sample);

port_label(output,4,error);

image(imread(dianji.jpg))

第3章Stateflow建模与应用

Stateflow是有限状态机〔finitestatemachine〕的图形工具，它通过开发有限状态机和流程图扩展了Simulink的功能。Stateflow使用自然、可读和易理解的形式，可使复杂的逻辑问题变得清晰与简单，并且还与MATLAB\Simulink紧密集成，为包含控制、优先级管理、工作模式逻辑的嵌入式系统设计提供了有效的开发手段，是本书的核心内容之一。读者在5~8章将看到Stateflow应用于MCU器件的嵌入式开发，尤其显得得心应手，一些采用传统方法难于实现的算法，如果利用Stateflow建模却非常容易。大到导弹、航空航天器的控制，小到点亮一个发光二极管，Stateflow都非常称职。Stateflow状态图模型，还可利用StateflowCoder代码生成工具，直接生成C代码。

Stateflow的主要功能包括：

使用层次化、可并行的、有明确执行语义的元素，来描述复杂的逻辑系统。

采用流程图定义图形化函数。

利用真值表实现表格形式的功能。

使用临时逻辑处理状态转移与事件。

支持Mealy和Moore有限状态机。

可集成用户自定义的C代码。

可用动画的形式显示状态图的仿真运行过程，并可记录数据。

调试器使用图形化断点进行单步调试，并可观察其中的数据。

本章主要内容：

Stateflow工作原理与根本概念

建立Stateflow状态图与流程图

Stateflow的层次结构与并行机制

Stateflow应用

3.1Stateflow根本概念

Stateflow对象可分为图形对象与非图形对象。

图形对象有状态、历史节点、迁移、默认迁移、连接节点、真值表、图形函数、EmbeddedMATLAB函数、盒函数、Simulink函数；非图形对象有事件、数据、目标。本节首先介绍常用的对象：状态、迁移、数据、事件的概念和使用，连接节点留待3.3节、历史节点留待3.4节，其余对象留待3.5节说明。

Stateflow状态机使用一种基于容器的层次结构管理Stateflow对象，也就是说，一个Stateflow对象可以包含其他Stateflow对象。

最高级的对象是Stateflow状态机，它包含了所有的Stateflow对象，因此也就包含了Simulink中的所有Stateflow状态图，以及数据、事件、目标对象。

同样地，状态图包含了状态、盒函数、函数、数据、事件、迁移、节点与注释事件〔noteevents〕。用户可以使用这一系列对象，建立一个Stateflow状态图。而具体到一个状态，它也可以包含上述的对象。

图抽象地说明了这样的关系，而图那么具体地说明了Stateflow状态机的组成。

图3.1.1

图3.1.2

3.1.1状态图编辑器

在Simulink模块库浏览器，找到Stateflow模块，如下图3.1.3，添参加模型窗口，如图3.1.4所示。

图3.1.3

用户也可以使用以下命令，建立带有Stateflow状态图的Simulink模型，如下图3.1.4，同时翻开Stateflow模块库，如图3.1.5所示。

sf

图3.1.4

图3.1.5

用户还可以直接使用以下命令，快速建立带有Stateflow状态图的Simulink模型。

sfnew

双击Chart模块，翻开Stateflow编辑器窗口，如下图，左侧工具栏列出了Stateflow图形对象的按钮。

图3.1.6

3.1.2状态

状态可以理解为事件驱动系统中的模式，可分为激活与非激活状态，而状态是否激活那么是由状态图中的事件与条件决定的，假设没有预先定义的事件或条件发生，状态将一直保持其原先的激活或非激活状态。

1.状态的层次结构

状态可以包含除了目标〔详见第3.6.6节〕以外的所有Stateflow对象，所以状态内部可以有其他状态，如图3.1.7所示，处于外层的A称作超状态〔或父状态〕，处于内部的B称作子状态。

每一个状态都有其父状态，图3.1.7中，状态A的父状态就是Stateflow状态图本身。

图3.1.7

2.状态的横向结构

在Stateflow状态图的顶层或某一超状态下，通常并存有多个状态，它们之间的关系可分为互斥与并行。

(1)互斥状态〔OR〕

互斥状态的矩形框边缘显示为实线，同一级的互斥状态，至多允许激活一个状态。如下图3.1.8的状态图，状态A与状态