第6章 S函数.ppt

第6章 S-函数 ;6.1 S-函数概述; S-函数作为与其他语言相结合的接口，可以使用这个语言所提供的强大能力。例如，MATLAB语言编写的S-函数可以充分利用MATLAB所提供的丰富资源，方便地调用各种工具箱函数和图形函数；使用C语言编写的S-函数则可以实现对操作系统的访问，如实现与其它进程的通信和同步等。 ;简单来说，用户可以从如下的几个角度来理解S-函数： (1) S-函数为Simulink的“系统”函数。 (2) 能够响应Simulink求解器命令的函数。 (3) 采用非图形化的方法实现一个动态系统。 (4) 可以开发新的Simulink模块。 (5) 可以与已有的代码相结合进行仿真。 (6) 采用文本方式输入复杂的系统方程。 ; (7) 扩展Simulink功能。M文件S-函数可以扩展图形能力，C MEX S-函数可以提供与操作系统的接口。 (8) S-函数的语法结构是为实现一个动态系统而设计的（默认用法），其它S-函数的用法是默认用法的特例（如用于显示目的）。 ; 6.1.2 如何使用S-函数 前面简单介绍了S-函数的基本概念及其主要的功能。在动态系统设计、仿真与分析中，用户可以使用Functions Tables模块库中的S-function模块来使用S-函数；S-function模块是一个单输入单输出的系统模块，如果有多个输入与多个输出信号，可以使用Mux模块与Demux模块对信号进行组合和分离操作。 ; 一般而言，S-函数的使用步骤如下： (1) 创建S-函数源文件。创建S-函数源文件有多种方法，当然用户可以按照S-函数的语法格式自行书写每一行代码，但是这样做容易出错且麻烦。Simulink为我们提供了很多S-函数模板和例子，用户可以根据自己的需要修改相应的模板或例子即可。 (2) 在动态系统的Simulink模型框图中添加S-function模块，并进行正确的设置。 (3) 在Simulink模型框图中按照定义好的功能连接输入输出端口。 ;图6.1 S-函数块对话框 ; 【例6.1】 使用S-函数实现系统：y=2u。 解：(1) 打开模板M文件S-函数模板文件sfuntmpl.m(版本不同timestwo) ，在\MATLABroot\work目录下另存为doublesfunction.m。 (2) 找到函数mdlInitializeSizes，修改以下代码： sizes.NumOutputs = 1; sizes.NumInputs = 1; ;图6.2 一个用S-函数实现的简单系统 ; (3) 找到函数mdlOutputs，加入以下代码： sys=2*u; (到现在为止我们的第一个S-函数写完了。下面演示一下它的作用。) (4) 在Simulink空白页中添加S-function 块，打开S-function 块对话框，参数S-function name设置为doublesfunction 。按照图6.2添加连接好其余的各个模块。 (5) 开始仿真，在Scope中观察输出结果，可以看到输入正弦信号被放大为原来的2倍，如图6.2所示。 ; 6.1.3 与S-函数相关的一些术语 理解下列与S-函数相关的一些基本术语对于用户理解S-函数的概念与编写都是非常有益的；而且这些概念在其它的仿真语言中也是会经常遇到的。 1. 仿真例程（Routines） Simulink在仿真的特定阶段调用对应的S-函数功能模块（函数），来完成不同的任务，如初始化、计算输出、更新离散状态、计算导数、结束仿真等，这些功能模块（函数）称为仿真例程或者回调函数（call back functions）。表6.1列出了S-函数例程函数和对应的仿真阶段。关于仿真例程将在S-函数工作原理一节详细介绍。;表6.1 S-函数例程; 2. 直接馈通（Direct feedthrough） 直接馈通意味着输出或可变采样时间与输入直接相关。在如下的两种情况下需要直接馈通： (1) 某一时刻的系统输出y中包含某一时刻的系统输入u。 (2) 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。 ; 其中n表示第n