Matlab Simulink S -function (2) Level-1 MATLAB S-Functions

本文深入解析Level-1 MATLAB S-函数的工作原理,包括其参数、回调方法及如何通过不同flag值执行特定任务,如初始化、计算导数、更新状态等,是理解和实现S-函数的重要参考资料。

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本文主要参考Matlab help 文档。
一个 Level-1 MATLAB S-函数 如下所示:
[sys,x0,str,ts]=f(t,x,u,flag,p1,p2,...)[sys,x0,str,ts]=f(t,x,u,flag,p1,p2,...), 这里 ff 是S函数名称。
在仿真时,Simulink重复调用 f,使用 flagflag 参数来表明 要为某个特定的调用 将要执行的任务。 S函数执行任务并将结果返回到输出向量中。

下面是 Level-1 MATLAB S-函数的参数:

参数名称含义
tCurrent time
xState vector
uInput vector
flagInteger value that indicates the task to be performed by the S-function

The following table describes the values that flag can assume and lists the corresponding Level-2 MATLAB S-function method for each value.

Flag Argument

Level-1 FlagLevel-2 Callback MethodDescription
0setupDefines basic S-Function block characteristics, including sample times, initial conditions of continuous and discrete states, and the sizes array (see Define S-Function Block Characteristics for a description of the sizes array).
1mdlDerivativesCalculates the derivatives of the continuous state variables.
2mdlUpdateUpdates discrete states, sample times, and major time step requirements.
3mdlOutputsCalculates the outputs of the S-function.
4mdlOutputsmethod updates the run-time objectNextTimeHit property Calculates the time of the next hit in absolute time. This routine is used only when you specify a variable discrete-time sample time in the setup method.
9mdlTerminatePerforms any necessary end-of-simulation tasks.

相应的代码如下所示: (在文件 sfuntmpl.m 中可以找到)

function [sys,x0,str,ts,simStateCompliance] = sfuntmpl(t,x,u,flag)
switch flag,
  % Initialization %
  case 0,
    [sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=mdlInitializeSizes;
  % Derivatives %
  case 1,
    sys=mdlDerivatives(t,x,u);
  % Update %
  case 2,
    sys=mdlUpdate(t,x,u);
  % Outputs %
  case 3,
    sys=mdlOutputs(t,x,u);
  % GetTimeOfNextVarHit %
  case 4,
    sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u);
  % Terminate %
  case 9,
    sys=mdlTerminate(t,x,u);
  % Unexpected flags %
  otherwise
    DAStudio.error('Simulink:blocks:unhandledFlag', num2str(flag));
end
### 如何在MATLAB使用Simulink S-Function #### 创建自定义模块 S-Function提供了一种机制来描述用户编写的动态系统模型,这些模型可以被Simulink用来模拟。通过编写C、C++或MATLAB语言的源文件,能够实现复杂的功能并将其封装成易于使用Simulink模块。 要创建基于S-Function的自定义模块,需遵循如下流程: 1. 编写S-Function代码:根据需求开发相应的算法逻辑,并按照特定接口规范完成编码工作。对于大多数应用场合而言,建议优先考虑采用Level-2 MATLAB S-functions 或者 C MEX S-functions 来获得更好的性能表现[^1]。 ```matlab function sys=mdlInitializeSizes() % 初始化尺寸参数设置 sizes = simsizes; sizes.NumContStates = 0; % 连续状态数量 sizes.NumDiscStates = 0; % 离散状态数量 sizes.NumOutputs = 1; % 输出端口数目 sizes.NumInputs = 1; % 输入端口数目 sizes.DirFeedthrough = 1;% 是否存在直馈通路(即输入直接影响到输出) sizes.NumSampleTimes = 1;% 定义采样时间的数量,这设为1表示只有一个固定的采样周期. sys=simsizes(sizes); ``` 2. 将上述代码保存为`.m` 文件(如果是MATLAB版本),或者是 `.c`, `.cpp` (如果是以MEX形式实现),确保其名称与函数名一致以便于后续调用。 3. 构建S-Function Block:打开Simulink Library Browser,在User-Defined Functions库下找到S-Function block 并拖拽至目标仿真图内;双击该block配置对话框中的“S-function name”字段填入之前所创建好的.m / .mexw64 文件路径即可。 #### 解决常见问题 当遇到与S-Function有关的问题时,可以从以下几个方面入手排查原因: - **调试模式启用**:利用MATLAB Debugger工具逐步跟踪执行过程,观察变量变化情况以及程序流走向,有助于快速定位错误所在位置。 - **日志记录功能开启**:适当增加一些打印语句辅助分析内部运算细节,特别是针对那些难以理解的行为或者异常终止的情况特别有用。 - **官方文档查阅**:MathWorks提供了详尽的帮助手册和技术支持资源可供查询参考,其中包含了大量关于API说明、最佳实践指导等内容可以帮助解决问题.
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