MATLAB及其应用-第6讲

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二、用M文件表述的S函数
1、S函数的模板程序：sfuntmp1. m （Matlab软件根目录下toolbox/simulink/blocks/） function [sys,x0,str,ts] = sfuntmpl(t,x,u,flag)
switch flag, case 0, [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes; case 1, sys=mdlDerivatives (t,x,u); case 2, sys= mdlUpdate (t,x,u); case 3, sys=mdlOutput(t,x,u); case 4, sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u); case 9, sys=mdlTerminate(t,x,u); otherwise error([‘Unhandled flag=’,num2str(flag)]); end
t：返回仿真的时间向量； x：返回仿真的状态矩阵； y：返回仿真的输出矩阵； timespan：时间带宽，指定仿真的时间区间； options：matlab中特有的一种数据结构； ut：赋给仿真对象的输入口模块的量
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2. simset函数 options= simset(param,value, …) 把param参数赋值为value，结果保存在options中 options=simset(old_opstruct,param,value,…) 把存储为old_opstruct的参数param赋值为value，结果保存在 options中 options=simset(old_opstruct, new_opstruct) 用new_opstruct的值代替old_opstruct的值
一、S函数概述 二、用M文件表述的S函数三、M文件S函数的模块化 Nhomakorabea21
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一、S函数概述
S函数是系统函数（System Function）的简称，具有固定的 程序编写格式，用户可直接用M函数文件编写S函数，也可 由C、C++、Fortran或Ada等源码文件经编译后生成MEX文 件。

S函数提供了扩展Simulink模块库的有力工具，它最广泛的 用途是定制用户自己的Simulink模块。它的形式十分通用， 能够支持连续系统、离散系统和混合系统。 S函数的仿真过程可概括为几个方面：模块初始化、计算模 块导数、更新模块离散状态、计算模块输出、计算下一个 采样时间点、仿真结束。
b) Initial step size（初始步长）：一般建议使用“auto” 即可。
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4) 仿真精度的定义（变步长模式） a) Relative tolerance（相对误差）：指误差相对于状态的值，是 一个百分比，缺省值为1e-3，表示状态的计算值要精确到0.1%。 b) Absolute tolerance（绝对误差）：表示在状态值接近零时的允 许误差。当为auto时，初始绝对误差为1e-6。
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注意：
模板文件只是Simulink为方便用户而提供的一种参考格式， 并不是编写S函数的语法要求，用户完全可以改变子函数 的名称，或者直接把代码写在主函数里，但使用模板文件 的好处是比较方便，而且条理清晰。
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三、M文件S函数的模块化
在动态系统设计、仿真与分析中，用户可以使用UserDefined Functions模块库中的S-function模块来调用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，则可以使用Mux模块与Demux模 块对信号进行组合和分离操作。 用任何一种方式创建的S函数文件，再经S函数模块（Sfunction）处理后，将转变为用户创建的Simulink模块。另 外，用户可以使用Simulink的子系统封装功能对S函数进行 封装，以增强系统模型的可读性。
switch flag, case 0, %初始化 [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(A,D); case 1, %连续状态变量计算 sys=mdlDerivatives (t,x,u,A,B); case 3, % 输出量计算 sys=mdlOutput(t,x,u,C,D); case [2 4 9], %未定义标志 sys=[]; otherwise %处理错误 error([‘simulink: blocks: unhandledFlag’, num2str(flag)]); end
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function [sys, x0, str, ts] = mdlInitializeSizes (A, D)
sizes = simsizes; %调用simsizes，取系统默认设置 sizes.NumContStates = size(A, 1); %设置连续状态的数目 sizes.NumDiscStates = 0; %设置离散状态数目，设为0 sizes.NumOutputs = size(A,1)+size(D,1); %设置输出变量数目 sizes.NumInputs = size(D,2); %设置输入变量数目 sizes.DirFeedthrough = 1; %缺省值 sizes.NumSampleTimes = 1; %缺省值 sys = simsizes(sizes); %初始化后的构架sizes经simsizes函数处理 后赋值给sys x0 = zeros(size(A,1), 1); %设置模块零初始状态 str = []; ts = [-1 0];
4 2 B 2 0
6 4 2 2
0 0 0 1 C 0 2 0 2
0 0 D 0 0
1) 用模板文件编写S函数，取名为xiu_fun.m;
2) 用S-function模块构造系统。
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1）xiu_fun.m
function [sys, x0, str, ts] = xiu_fun (t, x, u, flag, A, B, C, D)
Sources（输入源模块库）
Sinks（接收器模块库） ……
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四、SIMULINK简单模型的建立
例. exp5_1.mdl
（1）新建模型窗口
（2）将功能模块由模块库窗口复制到模型窗口，并设置参数 （3）对模块进行连接，从而构成需要的系统模型
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例：求微分方程的数值解
d2y - x dy +e - sin x y( x) = e- x cos x , 0 ＃x dx 2 dx 30
[t,x,y]=sim(‘modelname’,timespan, options,ut) 利用输入参数进行仿真，返回输出矩阵
[t,x,y1,y2, … ,yn]=sim(‘modelname’,timespan, options,ut) 利用输入参数进行仿真，返回逐个输出
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参数说明：
优点：用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非
语言的编程上。
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SIMULINK模型的含义：
视觉上，直观的方框图； 文件上，扩展名为MDL的ASCII代码； 数学上，一组微分方程或差分方程； 行为上，模拟物理器件构成的实际系统的动态特性。
SIMULINK模型的一般组件：
信源 系统 信宿
一、仿真的配置
二、仿真的启动
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一、仿真的配置
选择Simulation菜单下的Configuration Parameters命令，就 会弹出一个仿真参数对话框，它主要用三个页面来管理仿 真的参数。 Solver页：设置仿真的开始和结束时间，选择解法器，说 明解法器参数及选择一些输出选项。
2、在MATLAB命令窗口中输入simulink3
打开Library :simulink3的Simulink模块库窗口。
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三、SIMULINK的模块库介绍
SIMILINK模块库按功能进行分类：
Commonly Used Blocks（常用模块库）
Continuous（连续模块库） Discontinuities（非线性模块库） Discrete（离散模块库） Math Operation（数学模块库）
simset不带参数 显示所有的参数名和它们可能的值
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3. simget函数 struct= simget(‘modelname’) 获取模型当前的仿真参数设置（构架） value=simget(‘modelname’,param) 获取指定参数的值
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6.4 SIMULINK S函数的设计
并给定初始条件y(0)=1, y’(0)=2。
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6.2 SIMULINK功能模块的处理
一、 模块的基本操作 二、信号线的操作
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一、 模块的基本操作
功能模块的基本操作，包括模块的移动、复制、删除、转向、 改变大小、模块命名、颜色设定、参数设定、属性设定、模 块输入输出信号等。
三、SIMULINK的模块库介绍
四、SIMULINK简单模型的建立
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一、什么是SIMULINK?
SIMULINK是实现动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件 包，与用户交互的接口是基于Windows的模型化图形输入。
模型化图形输入：指SIMULINK提供了一些按功能分类的基
本的系统模块，通过调用、连接这些基本模块，就可以构成所 需要的系统模型，从而进行仿真与分析。
模块库中的模块可以直接用鼠标进行拖曳（选中模块，按住 鼠标左键不放）而放到模型窗口中进行处理。