matlab里面M文件如何与simulink仿真框图相连接?
在SIMULINK
user-defined
function里面有各种可以调用的自定义函数,其中embedded
MATLAB
function、m-file
s-function
、s-function等等又可以实现m文件被simulink所调用。
如果你是初学者,不妨使用embedded
MATLAB
function。注意定义好输入输出的个数。
比如sin:
function
y
=
fcn(u)
y
=
sin(u);
函数输出可以直接接simulink其它各种信号器件。
先运行M文件,然后就可以使用Simulink模型了。
如果是脚本文件,变量会保存在基本工作区,Simulink模型可以直接使用。如果是函数M文件就比较麻烦一些,需要把相关变量使用evalin函数传递到基本工作区。
如果希望打开或运行Simulink模型时自动运行M文件,可以设置模型的回调函数PreLoadFcn、PostLoadFcn或InitFcn。如果设置PreLoadFcn或PostLoadFcn,则会在模型加载之前或加载之后执行;如果设置InitFcn,会在每次模型更新或仿真之前运行。
设置回调函数可通过模型的File --> Model Properties菜单进行,也可以使用set_param函数。
先讲讲为什么要用s函数,我觉得用s函数可以利用matlab的丰富资源,而不仅仅局 限于simulink提供的模块,而用c或c++等语言写的s函数还可以实现对硬件端口的操作, 还可以操作windows API等的
先介绍一下simulink的仿真过程(以便理解s函数),simulink的仿真有两个阶段: 一个为初始化,这个阶段主要是设置一些参数,像系统的输入输出个数、状态初值、 采样时间等;第二个阶段就是运行阶段,这个阶段里要进行计算输出、更新离散状态、 计算连续状态等等,这个阶段需要反复运行,直至结束。
在matlab的workspace里打edit sfuntmpl(这是matlab自己提供的s函数模板),我们 看它来具体分析s函数的结构。 它的第一行是这样的:function [sys,x0,str,ts]=sfuntmpl(t,x,u,flag)
先讲输入与输出变量的含义:t是采样时间,x是状态变量,u是输入(是做成simulink模 块的输入),flag是仿真过程中的状态标志(以它来判断当前是初始化还是运行等);sys输出根据flag的不同而不同(下面将结合flag来讲sys的含义),x0是状态变量的初始值,str是保留参数(mathworks公司还没想好该怎么用它,嘻嘻,一般在初始化中将它置空就可以了,str=[]),ts是一个1×2的向量,ts(1)是采样周期,ts(2)是偏移量。
下面结合sfuntmpl.m中的代码来讲具体的结构:
switch flag, %判断flag,看当前处于哪个状态
case 0,
[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;
flag=0表示处于初始化状态,此时用函数mdlInitializeSizes进行初始化,此函数在 sfuntmpl.m的149行
我们找到他,在初始化状态下,sys是一个结构体,用它来设置模块的一些参数,各个参 数详细说明如下
size = simsizes;%用于设置模块参数的结构体用simsizes来生成
sizes.NumContStates = 0;%模块连续状态变量的个数
sizes.NumDiscStates = 0;%模块离散状态变量的个数
sizes.NumOutputs = 0;%模块输出变量的个数
sizes.NumInputs = 0;%模块输入变量的个数
sizes.DirFeedthrough = 1;%模块是否存在直接贯通(直接贯通我的理解是输入能 %直接控制输出)
sizes.NumSampleTimes = 1;%模块的采样时间个数,至少是一个
sys = simsizes(sizes); %设置完后赋给sys输出
举个例子,考虑如下模型:
dx/dt=fc(t,x,u) 也可以用连续状态方程描述:dx/dt=A*x+B*u
x(k+1)=fd(t,x,u) 也可以用离散状态方程描述:x(k+1)=H*x(k)+G*u(k)
y=fo(t,x,u) 也可以用输出状态方程描述:y=C*x+D*u
设上述模型连续状态变量、离散状态变量、输入变量、输出变量均为1个,我们就只需改上面那一段代码为:
(一般连续状态与离散状态不会一块用,我这儿是为了方便说明)
sizes.NumContStates=1;sizes.NumDiscStates=1;sizes.NumOutputs=1;sizes.NumInpu
ts=1;
其他的可以不变。继续在mdlInitializeSizes函数中往下看:
x0 = []; %状态变量设置为空,表示没有状态变量,以我们上面的假设,可改 %为x0=[0,0](离散和连续的状态变量我们都设它初值为0)
str = []; %这个就不用说了,保留参数嘛,置[]就可以了,反正没什么用,可 %能7.0会给它一些意义
ts = [0 0]; %采样周期设为0表示是连续系统,如果是离散系统在下面的mdlGet %TimeOfNextVarHit函数中具体介绍
嘻嘻,总算讲完了初始化,后面的应该快了
在sfuntmpl的106行继续往下看:
case 1,
sys=mdlDerivatives(t,x,u);
flag=1表示此时要计算连续状态的微分,即上面提到的dx/dt=fc(t,x,u)中的dx/dt,找到 mdlDerivatives函数(在193行)如果设置连续状态变量个数为0,此处只需sys=[]; 就可以了(如sfuntmpl中一样),按我们上述讨论的那个模型,此处改成 sys=fc(t,x(1),u)或sys=A*x(1)+B*u %我们这儿x(1)是连续状态变量,而x(2)是离散的 ,这儿只用到连续的,此时的输出sys就是微分
继续,在sfuntmpl的112行:
case 2,
sys=mdlUpdate(t,x,u);
flag=2表示此时要计算下一个离散状态,即上面提到的x(k+1)=fd(t,x,u),找到mdlUpd ate函数(在206行)它这儿sys=[];表示没有离散状态,我们这而可以改成 sys=fd(t,x(2),u)或sys=H*x(2)+G*u;%sys即为x(k+1)
看来后面几个一两句话就可了,呵呵,在sfuntmpl的118行
case 3,
sys=mdlOutputs(t,x,u);
flag=3表示此时要计算输出,即y=fo(t,x,u),找到mdlOutputs函数(在218行),如上,如果sys=[]表示没有输出,我们改成sys=fo(t,x,u)或sys=C*x+D*u %sys此时为输出y
好像快完了,嘻嘻,在sfuntmpl的124行
case 4,
sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u);
flag=4表示此时要计算下一次采样的时间,只在离散采样系统中有用(即上文的mdlInit ializeSizes中提到的ts设置ts(1)不为0)
连续系统中只需在mdlGetTimeOfNextVarHit函数中写上sys=[];这个函数主要用于变步长的设置,具体实现大家可以用edit vsfunc看vsfunc.m这个例子
最后一个,在sfuntmpl的130行
case 9,
sys=mdlTerminate(t,x,u);
flag=9表示此时系统要结束,一般来说写上在mdlTerminate函数中写上sys=[]就可,如 果你在结束时还要设置什么,就在此函数中写
关于sfuntmpl这个s函数的模板讲完了。
s函数还可以带用户参数,下面给个例子,和simulink下的gain模块功能一样,大伙自己 看吧,我睡觉去了,累了
function [sys,x0,str,ts] = sfungain(t,x,u,flag,gain)
switch flag,
case 0,
sizes = simsizes;
sizes.NumContStates = 0;
sizes.NumDiscStates = 0;
sizes.NumOutputs = 1;
sizes.NumInputs = 1;
sizes.DirFeedthrough = 1;
sizes.NumSampleTimes = 1;
sys = simsizes(sizes);
x0=[];
str=[];
ts=[0,0];
case 3,
sys=gain*u;
case {1,2,4,9},
sys = [];
end
做好了s函数后,simulink--user-defined function下拖一个S-Function到你的模型,就可以用了 在simulink----user-defined function还有个s-Function Builder,他可以生成用c语 言写的s函数 在matlab的workspace下打sfundemos,可以看到很多演示s函数的程序
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