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最新推荐文章于 2024-08-01 08:28:52 发布

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文章标签： simulink s函数c语言

simulinks-function编程(c语言)与模块封装技术1．s-function概念

Simulink S-Function 编程(C语言)与模块封装技术

S-Function概念

S-Function(System function)是Simulink模块的计算机语言描述。可以用M、C/C++、Ada、Fortran 语言以MEX(Matlab Executable，MATLAB可执行文件，在Windows系统中就是其为DLL)文件的形式编写。

S-Function以特殊的方式与Simulink方程求解器交互。这种交互和Simulink内建模块的做法非常相似。S-Function模块可以是连续、离散或者混合系统。

通过S-Function，用户可以将自己的模块加入Simulink模型中。从而可以实现用户自定义的算法或者与硬件设备交互等。

S-Function工作机制

2.1 Simulink模块的数学描述

Simulink模块包括一系列输入、状态和输出。输出是采样时间、输入、模块状态的函数。

下面的方程描述了输入、输出和状态的数学关系。

2.2仿真过程

Simulink模型的执行按下述几个步骤。首先是初始化阶段。在这一阶段Simulink将库模块集合到模型，传播宽度、数据类型和采样时间，评估模块参数，确定模块执行顺序，分配内存。然后是仿真阶段。此时Simulink进入一个仿真循环，循环的每次执行对应一个仿真步。在每个仿真步，Simulink按初始化阶段确定的顺序执行各个模块。对每个模块，Simulink计算模块在当前采样时间的状态、微分和输出。这将持续到仿真结束。图1描述了Simulink的仿真过程。

图1 Simulink执行仿真的步骤

2.3S-function的回调(Callback)方法

S-function包括一系列的回调方法，用以执行每个仿真步骤所需的任务。在一个模型的仿真过程中，每个仿真步骤，Simulink将调用各S-function的适当方法。S-function执行的方法包括：

● 初始化：在首次仿真循环中执行。Simulink初始化S-function。在这一步骤中Simulink将：

－初始化SimStruct，这是一种Simulink结构，包含了S-function的信息。

－设置输入输出端口的个数和数据宽度。

－设置模块的采样次数。

－分配存储区域和数组长度。

● 计算下一采样点：如果定义了一个可变采样步长的模块，这一步将计算下一次采样点，也就是计算下一步长。

● 计算在主要时间步中的输出：这一步结束之后，模块的输出端口在当前时间步是有效的。

● 更新主要时间步中的离散状态：所有的模块在该回调方法中，必须执行一次每次时间步都要执行的活动，比如为下一次仿真循环更新离散状态。

● 积分：这用于具有连续状态的或者(和)具有非采样过零的模型。如果用户的S-function具有连续状态，Simulink在最小采样步长调用S-function的输出和微分部分。这也是Simulink之所以能计算S-function的状态。如果用户S-function(仅针对C MEX)具有非采样过零，Simulink在最小采样步长调用S-function的输出和微分部分，这样可以确定过零点。

2.4S-Function中几个主要的子函数

mdlInitializeSizes：用于获取输入端口和输出端口的数量、端口宽度、以及 S-function 所

需的任何其它对象 (诸如状态数量)等有关信息。

mdlInitializeSampleTimes：设置 S-function 的采样时间。

mdlStart：该函数在模型开始时执行且仅执行一次，像电机上电这种操作，在整个仿真过程中只需上一次电，就可以放在这里。

mdlStart：在每个采样时间步长内，Simulink计算块的输出。

使用SimStruct 的一个宏：InputRealPtrsType uPtrs = ssGetInputPortRealSignalPtrs ( S，0 )；

来获取输入信号。该宏返回一个向量的指针，必须使用*uPtrs[ i ] 来访问它。

使用了SimStruct 的一个宏：real_T *y = ssGetOutputPortRealSignal (S，0 )；

来访问输出信号。该宏返回一个包含了输出向量的指针。

S-function 使用 int_T width = ssGetOutputPortWidth ( S，0 ) 来获取通过块传递的信号宽度。最后，S-function 采用循环通过输入来计算输出。

mdlTerminate：执行仿真结束时的任务。