simulink動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模仿真-第12章

第12章編寫M語(yǔ)言S-函數(shù)12.1S-函數(shù)12.2在模型中創(chuàng)立S-函數(shù)12.3S-函數(shù)的概念12.4編寫M語(yǔ)言S-函數(shù)12.5M文件S-函數(shù)范例 12.1S-函數(shù)

12.1.1S-函數(shù)的定義

S-函數(shù)是系統(tǒng)函數(shù)(SystemFunction)的簡(jiǎn)稱，是指采用非圖形化的方式描述一個(gè)模塊。S-函數(shù)使用特定的調(diào)用語(yǔ)法，這種語(yǔ)法可以與Simulink中的方程求解器相互作用，S-函數(shù)中的程序從求解器中接收信息，并對(duì)求解器發(fā)出的命令做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。這種作用方式與求解器和內(nèi)嵌的Simulink模塊之間的作用很相似。S-函數(shù)的格式是通用的，它們可以用在連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)和混合系統(tǒng)中。完整的S-函數(shù)結(jié)構(gòu)體系包含了描述一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)所需的全部能力，所有其他的使用情況(比方用于顯示目的)都是這個(gè)默認(rèn)體系結(jié)構(gòu)的特例。S-函數(shù)允許用戶向Simulink模型中添加用戶自己的模塊，它作為與其他語(yǔ)言相結(jié)合的接口程序，可以用MATLAB、C、C++、Fortran或Ada語(yǔ)言創(chuàng)立自己的模塊，并使用這些語(yǔ)言提供的強(qiáng)大功能，用戶只需要遵守一些簡(jiǎn)單的規(guī)那么即可。例如，M語(yǔ)言編寫的S-函數(shù)可以調(diào)用工具箱和圖形函數(shù)；C語(yǔ)言編寫的S-函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)操作系統(tǒng)的訪問(wèn)。

用戶還可以在S-函數(shù)中實(shí)現(xiàn)用戶算法，編寫完S-函數(shù)之后，用戶可以把S-函數(shù)的名稱放在S-Function模塊中，并利用Simulink中的封裝功能自定義模塊的用戶接口。12.1.2S-函數(shù)的工作方式

假設(shè)要?jiǎng)?chuàng)立S-函數(shù)，那么用戶必須知道S-函數(shù)的工作方式，假設(shè)要理解S-函數(shù)的工作方式，也就要求理解Simulink仿真模型的過(guò)程，因此也就需要理解模塊的數(shù)學(xué)含義。

1．Simulink模塊的數(shù)學(xué)含義

Simulink中模塊的輸入、狀態(tài)和輸出之間都存在數(shù)學(xué)關(guān)系，模塊輸出是采樣時(shí)間、輸入和模塊狀態(tài)的函數(shù)。圖12-1描述了模塊中輸入和輸出的流程關(guān)系。圖12-12．Simulink仿真過(guò)程

Simulink模型的仿真執(zhí)行過(guò)程包括兩個(gè)階段。第一個(gè)階段是初始化階段，在這個(gè)過(guò)程中，模塊的所有參數(shù)都被傳遞給MATLAB進(jìn)行求值，因此所有的參數(shù)都被確定下來(lái)，并且模型的層次被展開，但是原子子系統(tǒng)仍被作為單獨(dú)的模塊進(jìn)行對(duì)待。另外，Simulink把庫(kù)模塊結(jié)合到模型中，并傳遞信號(hào)寬度、數(shù)據(jù)類型和采樣時(shí)間，確定模塊的執(zhí)行順序，并分配內(nèi)存，最后確定狀態(tài)的初值和采樣時(shí)間。然后Simulink進(jìn)入第二個(gè)階段，仿真開始，也就是仿真循環(huán)過(guò)程。仿真是由求解器控制的，它計(jì)算模塊的輸出，更新模塊的離散狀態(tài)，計(jì)算連續(xù)狀態(tài)，在采用變步長(zhǎng)求解器時(shí)，求解器還需要確定時(shí)間步長(zhǎng)。求解器計(jì)算連續(xù)狀態(tài)時(shí)包含下面幾個(gè)步驟：(1)每個(gè)模塊按照預(yù)先確定的順序計(jì)算輸出，求解器為待更新的系統(tǒng)提供當(dāng)前狀態(tài)、時(shí)間和輸出值，反過(guò)來(lái)，求解器又需要狀態(tài)導(dǎo)數(shù)的值。

(2)求解器對(duì)狀態(tài)的導(dǎo)數(shù)進(jìn)行積分，計(jì)算新的狀態(tài)的值。

(3)狀態(tài)計(jì)算完成后，模塊的輸出更新再進(jìn)行一次。這里，一些模塊可能會(huì)發(fā)出過(guò)零警告，促使求解器探測(cè)出發(fā)生過(guò)零的準(zhǔn)確時(shí)間。在每個(gè)仿真時(shí)間步期間，模型中的每個(gè)模塊都會(huì)重復(fù)這個(gè)循環(huán)過(guò)程，Simulink會(huì)按照初始化過(guò)程所確定的模塊執(zhí)行順序來(lái)執(zhí)行模型中的模塊。而對(duì)于每個(gè)模塊，Simulink都會(huì)調(diào)用函數(shù)，以計(jì)算當(dāng)前采樣時(shí)間中的模塊狀態(tài)、微分和模塊輸出。這個(gè)過(guò)程會(huì)一直繼續(xù)下去，直到仿真結(jié)束。這里把系統(tǒng)和求解器在仿真過(guò)程之間所起的作用總結(jié)一下。求解器的作用是傳遞模塊的輸出，對(duì)狀態(tài)導(dǎo)數(shù)進(jìn)行積分，并確定采樣時(shí)間，求解器傳遞給系統(tǒng)的信息包括時(shí)間、輸入和當(dāng)前狀態(tài)。系統(tǒng)的作用是計(jì)算模塊的輸出，對(duì)狀態(tài)進(jìn)行更新，計(jì)算狀態(tài)的導(dǎo)數(shù)和生成過(guò)零事件，并把這些信息提供給求解器。在S-函數(shù)中，求解器和系統(tǒng)之間的對(duì)話是通過(guò)不同的標(biāo)志來(lái)控制的。求解器在給系統(tǒng)發(fā)送標(biāo)志的同時(shí)也發(fā)送數(shù)據(jù)，系統(tǒng)使用這個(gè)標(biāo)志來(lái)確定所要執(zhí)行的操作，并確定所要返回的變量的值。求解器和系統(tǒng)之間的這種關(guān)系可以用圖12-2描述。圖12-23．S-函數(shù)的控制流

S-函數(shù)的調(diào)用順序是通過(guò)flag標(biāo)志來(lái)控制的。在仿真初始化階段，通過(guò)設(shè)置flag標(biāo)志為0來(lái)調(diào)用S-函數(shù)，并請(qǐng)求提供數(shù)量(包括連續(xù)狀態(tài)、離散狀態(tài)和輸入、輸出的個(gè)數(shù))、初始狀態(tài)和采樣時(shí)間等信息。然后，仿真開始，設(shè)置flag標(biāo)志為4，請(qǐng)求S-函數(shù)計(jì)算下一個(gè)采樣時(shí)間，并提供采樣時(shí)間。接下來(lái)設(shè)置flag標(biāo)志為3，請(qǐng)求S-函數(shù)計(jì)算模塊的輸出。然后設(shè)置flag標(biāo)志為2，更新離散狀態(tài)。當(dāng)用戶還需要計(jì)算狀態(tài)導(dǎo)數(shù)時(shí)，可設(shè)置flag標(biāo)志為1，由求解器使用積分算法計(jì)算狀態(tài)的值。計(jì)算出狀態(tài)導(dǎo)數(shù)和更新離散狀態(tài)之后，通過(guò)設(shè)置flag標(biāo)志為3來(lái)計(jì)算模塊的輸出，這樣就結(jié)束了一個(gè)時(shí)間步的仿真。當(dāng)?shù)竭_(dá)結(jié)束時(shí)間時(shí)，設(shè)置flag標(biāo)志為9，結(jié)束仿真。這個(gè)過(guò)程如圖12-3所示。圖12-34．S-函數(shù)回調(diào)方法

S-函數(shù)是由一組S-函數(shù)回調(diào)方法組成的，這些回調(diào)方法在每個(gè)仿真階段執(zhí)行不同的任務(wù)。在模型仿真過(guò)程中，在每次仿真階段，Simulink都會(huì)為模型中的每個(gè)S-Function模塊調(diào)用適宜的方法。S-函數(shù)回調(diào)方法可以執(zhí)行的任務(wù)包括：

初始化—在首次仿真循環(huán)開始之前，Simulink會(huì)初始化S-函數(shù)。在這個(gè)過(guò)程中，Simulink會(huì)執(zhí)行下面的操作：

初始化SimStruct，這是一個(gè)包含S-函數(shù)信息的仿真結(jié)構(gòu)；

設(shè)置輸入端口和輸出端口的個(gè)數(shù)及維數(shù)；

設(shè)置模塊采樣時(shí)間；

分配空間和sizes數(shù)組。計(jì)算下一個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)—如果用戶已經(jīng)創(chuàng)立了一個(gè)變采樣時(shí)間模塊，那么此時(shí)會(huì)計(jì)算下一個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)間，也就是計(jì)算下一個(gè)步長(zhǎng)。

以最大時(shí)間步計(jì)算輸出—在本次調(diào)用結(jié)束后，所有模塊的輸出端口在當(dāng)前時(shí)間步上都是有效的。

以最大時(shí)間步更新離散狀態(tài)—在本次調(diào)用中，所有模塊都應(yīng)該執(zhí)行一次更新，也就是為下一次仿真循環(huán)更新一次離散狀態(tài)。積分——這主要應(yīng)用于具有連續(xù)狀態(tài)和/或非采樣過(guò)零的模型。如果用戶的S-函數(shù)帶有連續(xù)狀態(tài)，那么Simulink會(huì)在最小時(shí)間步上調(diào)用S-函數(shù)的輸出和微分局部，因此Simulink也就可以為用戶的S-函數(shù)計(jì)算狀態(tài)。如果用戶的S-函數(shù)(只是對(duì)CMEX文件)帶有非采樣的過(guò)零，那么Simulink會(huì)在最小時(shí)間步上調(diào)用用戶S-函數(shù)的輸出和過(guò)零局部，因此也就可以確定過(guò)零產(chǎn)生的具體位置。 12.2在模型中創(chuàng)立S-函數(shù)

12.2.1在模型中使用S-函數(shù)

為了在模型中參加S-函數(shù)，應(yīng)該首先從Simulink的User-DefinedFunctions模塊庫(kù)中把S-Function模塊拖到模型窗口中，然后在S-Function模塊對(duì)話框中的S-functionname參數(shù)文本框內(nèi)指定S-函數(shù)的名稱，如圖12-4所示。

在圖12-4中，模型包含了兩個(gè)S-Function模塊，這兩個(gè)模塊都引用了相同的源文件，即myfun。這個(gè)文件可以是CMEX文件，也可以是M文件，如果CMEX文件和M文件都有相同的名稱，那么Simulink會(huì)優(yōu)先考慮CMEX文件。圖12-412.2.2向S-函數(shù)中傳遞參數(shù)

S-Function模塊參數(shù)對(duì)話框內(nèi)有一個(gè)S-functionparameters參數(shù)，在其下面的文本框內(nèi)用戶可以指定傳送到相應(yīng)S-函數(shù)中的參數(shù)值。當(dāng)然，用戶必須知道S-函數(shù)要求的參數(shù)和這些參數(shù)的調(diào)用順序，然后按照S-函數(shù)要求的順序輸入?yún)?shù)，并用逗號(hào)分隔，參數(shù)值可以是常數(shù)、在模型工作區(qū)中定義的變量名稱或MATLAB表達(dá)式。

圖12-5說(shuō)明了如何使用S-functionparameters文本框輸入用戶定義的參數(shù)。圖12-5中的模型調(diào)用了名稱為limintm的采樣S-函數(shù)，函數(shù)的源代碼存儲(chǔ)在toolbox/simulink/blocks目錄中。limintm函數(shù)包括三個(gè)參數(shù)：下限值、上限值和初始條件。如果時(shí)間積分在上限和下限之間，那么函數(shù)輸出輸入信號(hào)的時(shí)間積分；如果時(shí)間積分小于下限，那么輸出下限值；如果時(shí)間積分大于上限，那么輸入上限值。從圖中的S-Function模塊對(duì)話框中可以看到，這里分別指定下限、上限和初始條件為2、3和2.5。當(dāng)輸入信號(hào)是幅值為1的正弦波時(shí)，示波器的輸出結(jié)果見圖12-5所示。

用戶利用Simulink中的封裝功能為S-函數(shù)模塊創(chuàng)立用戶對(duì)話框和圖標(biāo)后，封裝后的對(duì)話框可以很容易地為S-函數(shù)指定其他的參數(shù)。圖12-512.2.3何時(shí)使用S-函數(shù)

對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，使用Simulink提供的現(xiàn)成模塊就能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能，而不需要借助S-函數(shù)，但在開發(fā)一個(gè)新的通用模塊時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用S-函數(shù)。S-函數(shù)會(huì)將已有的代碼結(jié)合進(jìn)來(lái)，而不需要在Simulink中重新實(shí)現(xiàn)算法。此外，在S-函數(shù)中，公式是由文本輸入的，當(dāng)表達(dá)一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)很適合，尤其是隨時(shí)間而變化的系統(tǒng)。利用S-函數(shù)用戶還可以實(shí)現(xiàn)在仿真過(guò)程的每個(gè)階段進(jìn)行微調(diào)。因此，如果用戶想要?jiǎng)?chuàng)立自定義的Simulink模塊，那么可以考慮使用S-函數(shù)。對(duì)于下面的應(yīng)用都可以使用S-函數(shù)，它們包括：

向Simulink中添加新的通用模塊；

添加用來(lái)表示硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)的模塊；

把已有的代碼合并到Simulink中進(jìn)行仿真；

把一個(gè)系統(tǒng)描述為一組數(shù)學(xué)方程時(shí)，利用S-函數(shù)可以采用文本方式輸入復(fù)雜的方程，而不必花太多的時(shí)間繪制方程；

在模型中使用圖形動(dòng)畫。 12.3S-函數(shù)的概念

S-函數(shù)有一些非常關(guān)鍵的概念，理解這些概念對(duì)于正確創(chuàng)立S-函數(shù)是非常重要的。這些概念包括：

直接饋通；

動(dòng)態(tài)確定輸入數(shù)組的維數(shù)；

設(shè)置采樣時(shí)間和偏差值。12.3.1直接饋通

直接饋通的含義就是輸出直接受輸入端口值的影響，對(duì)于變采樣時(shí)間模塊，也可以說(shuō)是變采樣時(shí)間直接受輸入端口值所控制。如果模塊滿足以下條件，那么就說(shuō)S-函數(shù)的輸入端口具有直接饋通特性：

輸出函數(shù)(mdlOutputs函數(shù)或flag?==?3)是輸入u的函數(shù)，也就是說(shuō)，如果輸入u在mdlOutputs函數(shù)中被存取，那么模塊具有直接饋通特性。模塊的輸出也可以包括圖形輸出，如XYGraph示波器。具有變采樣時(shí)間的S-函數(shù)中的mdlGetTimeOfNextVarHit函數(shù)(或flag==?4)直接讀取輸入u，那么模塊具有直接饋通特性。

舉一個(gè)直接饋通的例子，如果系統(tǒng)的輸入和輸出關(guān)系為y=k×u，這里，u是輸入，k是增益，y是輸出，那么系統(tǒng)的輸出直接受輸入值的影響。

舉一個(gè)非直接饋通的例子，如果系統(tǒng)的輸出和輸入滿足以下這個(gè)簡(jiǎn)單的積分算法：

輸出：

微分：這里，x是狀態(tài)，是對(duì)應(yīng)時(shí)刻的狀態(tài)微分，u是輸入，y是輸出。需要說(shuō)明的是，是Simulink積分的一個(gè)變量，它對(duì)于正確設(shè)置直接饋通標(biāo)志是非常重要的，因?yàn)樗绊懼Ｐ椭心K的執(zhí)行順序，而且還用來(lái)檢測(cè)代數(shù)環(huán)。12.3.2動(dòng)態(tài)設(shè)置數(shù)組維數(shù)

用戶編寫的S-函數(shù)可以支持任意維數(shù)的輸入數(shù)組，既然如此，當(dāng)開始仿真時(shí)，在求取驅(qū)動(dòng)S-函數(shù)的輸入向量的維數(shù)時(shí)，用戶可以動(dòng)態(tài)確定實(shí)際輸入的維數(shù)。輸入維數(shù)也可以用來(lái)確定函數(shù)中連續(xù)狀態(tài)的個(gè)數(shù)、離散狀態(tài)的個(gè)數(shù)和輸出的個(gè)數(shù)。

M文件S-函數(shù)只有一個(gè)輸入端口，這個(gè)輸入端口也只能接收一維(向量)信號(hào)，但是，這個(gè)信號(hào)的寬度可以是不同的。在M文件S-函數(shù)內(nèi)，為了表示輸入的信號(hào)寬度是動(dòng)態(tài)指定的，可以在sizes結(jié)構(gòu)中指定屬性為-1值，這個(gè)結(jié)構(gòu)在mdlInitializeSizes調(diào)用時(shí)被返回。例如，如果想要在仿真運(yùn)行時(shí)由輸入向量的維數(shù)確定輸入或輸出的維數(shù)，那么可以指定sizes.NumInputs=-1或sizes.NumOutputs=-1，也可以動(dòng)態(tài)指定連續(xù)狀態(tài)和離散狀態(tài)的數(shù)目。如果使用length(u)函數(shù)調(diào)用S-函數(shù)，那么用戶可以確定S-Function模塊中實(shí)際輸入的寬度，如果指定寬度值為0，那么輸入端口被從S-Function模塊中刪除。

例如，圖12-6中的模型有兩個(gè)相同的S-Function模塊，上面的S-Function模塊由一個(gè)帶有三個(gè)輸出分量的Mux向量模塊所驅(qū)動(dòng)，下面的S-Function模塊由一個(gè)帶有標(biāo)量輸出的模塊驅(qū)動(dòng)。通過(guò)動(dòng)態(tài)指定S-Function模塊的輸入，相同的S-函數(shù)可以出現(xiàn)在同一個(gè)環(huán)境中，Simulink會(huì)動(dòng)態(tài)調(diào)用這些帶有適當(dāng)維數(shù)輸入向量的模塊。與此相似，如果其他的模塊特征也被指定為動(dòng)態(tài)確定，如輸出的個(gè)數(shù)離散狀態(tài)或連續(xù)狀態(tài)的個(gè)數(shù)，那么Simulink會(huì)把這些向量定義為與輸入向量具有相同的長(zhǎng)度。

因此說(shuō)，M語(yǔ)言S-函數(shù)在指定輸入端口和輸出端口的寬度上給出了很大的靈活性。圖12-612.3.3設(shè)置采樣時(shí)間和偏移量

用戶在編寫M文件S-函數(shù)時(shí)，可以靈活地指定執(zhí)行S-函數(shù)的時(shí)間。Simulink在指定采樣時(shí)間上給出了如下選項(xiàng)：

連續(xù)采樣時(shí)間—針對(duì)具有連續(xù)狀態(tài)和/或非采樣過(guò)零的S-函數(shù)，對(duì)于這種類型的S-函數(shù)，輸出以最小時(shí)間步改變。

連續(xù)但固定在最小時(shí)間步的采樣時(shí)間—針對(duì)必須在每個(gè)最大仿真步上執(zhí)行，但在最小時(shí)間步內(nèi)不改變數(shù)值的S-函數(shù)。

離散采樣時(shí)間—如果用戶的S-Function模塊的動(dòng)作帶有離散時(shí)間間隔，那么用戶可以定義采樣時(shí)間，用以控制Simulink何時(shí)調(diào)用S-Function模塊，也可以定義延遲每個(gè)采樣點(diǎn)的偏移量，偏移量的數(shù)值不能超過(guò)所對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)間。采樣時(shí)刻點(diǎn)的時(shí)間值由下式確定：這里，n是整數(shù)，表示當(dāng)前的仿真步，n的第一個(gè)值總是零。如果用戶定義了一個(gè)離散采樣時(shí)間，那么Simulink在每個(gè)采樣時(shí)刻上都會(huì)調(diào)用S-函數(shù)的mdlOutput函數(shù)和mdlUpdate函數(shù)。變采樣時(shí)間—離散采樣時(shí)間的兩次采樣時(shí)間間隔是可變的，在每次仿真步開始時(shí)，帶有變采樣時(shí)間的S-函數(shù)都需要計(jì)算下一個(gè)采樣時(shí)刻值。

繼承采樣時(shí)間—有時(shí)，S-Function模塊不具有繼承采樣時(shí)間的特征，也就是說(shuō)，它或者是連續(xù)采樣，或者是離散采樣，這取決于系統(tǒng)中其他模塊的采樣時(shí)間，用戶可以指定模塊的采樣時(shí)間為inherited(繼承性)。舉例來(lái)說(shuō)，Gain模塊就可以繼承驅(qū)動(dòng)其模塊的采樣時(shí)間。對(duì)于一個(gè)模塊，它可以繼承以下模塊的采樣時(shí)間：驅(qū)動(dòng)模塊；

目標(biāo)模塊；

系統(tǒng)中最快的采樣時(shí)間。

假設(shè)要把模塊的采樣時(shí)間設(shè)置為可繼承的，那么可在M文件S-函數(shù)中設(shè)置采樣時(shí)間為-1。S-函數(shù)可以是單速率系統(tǒng)或多速率系統(tǒng)，多速率S-函數(shù)可以有多個(gè)采樣時(shí)間。采樣時(shí)間對(duì)以以下形式指定：[采樣時(shí)間，偏移量]。有效的采樣時(shí)間對(duì)為：

[CONTINUOUS_SAMPLE_TIME，0.0]

[CONTINUOUS_SAMPLE_TIME，F(xiàn)IXED_IN_MINOR_STEP_OFFSET]

[VARIABLE_SAMPLE_TIME，0.0]

[離散采樣時(shí)間間隔，偏移量]這里：

CONTINUOUS_SAMPLE_TIME=0.0

FIXED_IN_MINOR_STEP_OFFSET=1.0

VARIABLE_SAMPLE_TIME=-2.0

另外，用戶也可以從驅(qū)動(dòng)模塊中指定采樣時(shí)間的繼承性，在這種情況下，S-函數(shù)只能有一個(gè)采樣時(shí)間對(duì)，即：

[INHERITED_SAMPLE_TIME，0.0]

或者

[INHERITED_SAMPLE_TIME，固定在最小時(shí)間步的偏移量]

這里：

INHERITED_SAMPLE_TIME=-1.0下面的說(shuō)明可以幫助用戶指定采樣時(shí)間。

在最小積分步內(nèi)改變的連續(xù)S-函數(shù)應(yīng)該指定采樣時(shí)間為：[連續(xù)采樣時(shí)間，0.0]。

在最小積分步內(nèi)不改變的連續(xù)S-函數(shù)應(yīng)該指定采樣時(shí)間為：[連續(xù)采樣時(shí)間，固定在最小時(shí)間步的偏移量]。

以指定速率改變的離散S-函數(shù)應(yīng)該指定離散采樣時(shí)間對(duì)：[離散采樣時(shí)間間隔，偏移量]，這里，離散采樣時(shí)間間隔>0.0，0.0≤偏移量<離散采樣時(shí)間間隔。

以變速率改變的離散S-函數(shù)應(yīng)該指定變步長(zhǎng)離散采樣時(shí)間：[變采樣時(shí)間，0.0]，調(diào)用mdlGetTimeOfNextVarHit函數(shù)求取變步長(zhǎng)離散任務(wù)中的下一個(gè)采樣時(shí)間。如果用戶的S-函數(shù)中沒有內(nèi)在的采樣時(shí)間，那么用戶必須指定采樣時(shí)間為繼承采樣時(shí)間，這有兩種情況：

隨模塊輸入改變的S-函數(shù)，甚至在最小積分步內(nèi)也隨輸入改變，應(yīng)該設(shè)置采樣時(shí)間為：[繼承采樣時(shí)間，0.0]。

隨模塊輸入改變的S-函數(shù)，但是在最小積分步內(nèi)不隨輸入改變，也就是說(shuō)，在最小積分步內(nèi)保持固定不變，應(yīng)該設(shè)置采樣時(shí)間為：[繼承采樣時(shí)間，固定在最小時(shí)間步的偏移量]。12.4編寫M語(yǔ)言S-函數(shù)

12.4.1M文件S-函數(shù)模板M文件S-函數(shù)是由如下形式的MATLAB函數(shù)組成的：

[sys,x0,str,ts]=f(t,x,u,flag,p1,p2,…)S-函數(shù)包含四個(gè)輸出：sys包含某個(gè)子函數(shù)的返回值，它的含義隨標(biāo)志flag的不同而不同；x0為所有狀態(tài)的初始化向量；str是一個(gè)空矩陣；ts返回的是采樣時(shí)間。f是S-函數(shù)的名稱，它的輸入是t、x、u和flag，后面還可以帶一系列的參數(shù)。其中，t是當(dāng)前時(shí)間；x是對(duì)應(yīng)S-函數(shù)模塊的狀態(tài)向量；u是模塊的輸入；flag標(biāo)識(shí)要執(zhí)行的任務(wù)；p1、p2是模塊的參數(shù)。在模型仿真過(guò)程中，Simulink會(huì)反復(fù)調(diào)用f，同時(shí)用flag標(biāo)識(shí)需要執(zhí)行的任務(wù)，每次S-函數(shù)執(zhí)行任務(wù)后會(huì)把結(jié)果返回到具有標(biāo)準(zhǔn)格式的結(jié)構(gòu)中。M文件返回的輸出向量包含以下元素：

sys—返回變量的全稱，返回的數(shù)值取決于flag值。例如，對(duì)于flag=3，sys包含S-函數(shù)的輸出。

x0—初始狀態(tài)值(如果系統(tǒng)中沒有狀態(tài)，那么是一個(gè)空向量)。除非flag=0，否那么忽略x0。

str—以備將來(lái)使用，M文件S-函數(shù)必須把它設(shè)置為空矩陣[]。

ts—包含模塊采樣時(shí)間和偏差值的兩列矩陣。例如，如果想要在每個(gè)時(shí)間步(連續(xù)采樣時(shí)間)上都運(yùn)行用戶的S-函數(shù)，那么設(shè)置ts為[00]；如果想要用戶的S-函數(shù)以與被連接模塊相同的速率(繼承采樣時(shí)間)運(yùn)行，那么設(shè)置ts為[-10]；如果想要用戶的S-函數(shù)在仿真開始時(shí)間之后，從0.1秒開始每0.25秒(離散采樣時(shí)間)運(yùn)行一次，那么設(shè)置ts為[0.250.1]。用戶可以創(chuàng)立執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，而且每個(gè)任務(wù)以不同采樣速率執(zhí)行的S-函數(shù)，也就是多速率S-函數(shù)，這時(shí)，ts應(yīng)該以采樣時(shí)間上升的順序指定用戶S-函數(shù)中使用的所有采樣速率。例如，假設(shè)用戶S-函數(shù)自仿真起始時(shí)間開始每0.25秒執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，而另一個(gè)任務(wù)自仿真開始后從0.1秒開始每1秒執(zhí)行一次，那么用戶的S-函數(shù)應(yīng)該設(shè)置ts為[0.250;1.00.1]。這會(huì)使Simulink在以下時(shí)刻執(zhí)行S-函數(shù)：[00.10.250.50.751.01.1…]，用戶的S-函數(shù)確定在每個(gè)采樣時(shí)刻執(zhí)行的是哪個(gè)任務(wù)。

用戶也可以創(chuàng)立連續(xù)執(zhí)行某些任務(wù)的S-函數(shù)(也就是在每個(gè)時(shí)間步都執(zhí)行)和以離散間隔執(zhí)行其他任務(wù)的S-函數(shù)。編寫M文件S-函數(shù)時(shí)，推薦使用S-函數(shù)模板文件，即sfuntmp1.m。這個(gè)文件存儲(chǔ)在matlab根目錄下的toolbox/simulink/blocks文件夾中，它包含了完整的S-函數(shù)，并能夠?qū)lag標(biāo)志進(jìn)行跟蹤。它由一個(gè)主函數(shù)和一組子函數(shù)組成，每個(gè)子函數(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的flag值。主函數(shù)由一個(gè)開關(guān)轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)(switch-case結(jié)構(gòu))根據(jù)標(biāo)志將Simulink轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的子函數(shù)中，這個(gè)子函數(shù)稱為S-函數(shù)調(diào)用方法，它執(zhí)行仿真過(guò)程中S-函數(shù)要求的任務(wù)。

表12-1列出了遵守這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)格式的M文件S-函數(shù)的內(nèi)容，第二列是文件中包含的所有子函數(shù)。注意：這里推薦讀者在創(chuàng)立M文件S-函數(shù)時(shí)使用模板中的結(jié)構(gòu)和命名慣例，因?yàn)檫@便于其他人理解用戶所創(chuàng)立的M文件S-函數(shù)，而且也便于用戶維護(hù)S-函數(shù)。當(dāng)調(diào)用M文件S-函數(shù)時(shí)，Simulink總是把標(biāo)準(zhǔn)的模塊參數(shù)t、x、u和flag傳遞給S-函數(shù)作為函數(shù)變量。Simulink也可以把用戶指定的附加的模塊專用參數(shù)傳遞給S-函數(shù)，用戶可在S-函數(shù)的模塊參數(shù)對(duì)話框中的S-functionparameters文本框內(nèi)指定這些參數(shù)。如果模塊對(duì)話框指定了附加參數(shù)，那么Simulink會(huì)把這些參數(shù)作為附加的函數(shù)變量傳遞給S-函數(shù)，在S-函數(shù)變量列表中附加變量在標(biāo)準(zhǔn)變量的后面，并按照模塊對(duì)話框中對(duì)應(yīng)參數(shù)的顯示序列排列。12.4.2定義S-Function模塊特征

為了使Simulink識(shí)別M文件S-函數(shù)，用戶必須提供S-函數(shù)的某些特定信息，這些信息包括輸入、輸出和狀態(tài)的個(gè)數(shù)，以及其他的模塊特征。

假設(shè)要為Simulink提供這些信息，可在仿真的初始化階段使用標(biāo)志0第一次調(diào)用S-函數(shù)，這時(shí)，mdlInitializeSizes子函數(shù)被調(diào)用，mdlInitializeSizes子函數(shù)開始調(diào)用simsizes函數(shù)：

sizes=simsizes;

這個(gè)函數(shù)用于返回未初始化的sizes結(jié)構(gòu)，用戶必須裝載包含有S-函數(shù)信息的sizes結(jié)構(gòu)。表12-2列出了sizes結(jié)構(gòu)的屬性，并說(shuō)明了每個(gè)屬性包含的信息。初始化sizes結(jié)構(gòu)后，再調(diào)用simsizes：

sys=simsizes(sizes)；

這樣會(huì)把sizes結(jié)構(gòu)中的信息傳遞到sys。sys是存儲(chǔ)信息的向量，以備Simulink使用。 12.5M文件S-函數(shù)范例

12.5.1無(wú)狀態(tài)M文件S-函數(shù)

在開始編寫M文件S-函數(shù)時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：

有多少個(gè)連續(xù)狀態(tài)？

有多少個(gè)離散狀態(tài)？

有多少個(gè)輸入？

有多少個(gè)輸出？

這個(gè)S-函數(shù)帶有直接饋通嗎？

這個(gè)S-函數(shù)包含多少個(gè)采樣時(shí)間？在仿真開始的初始化階段，通過(guò)使用標(biāo)志0，S-函數(shù)被第一次調(diào)用，這里，mdlInitializeSizes子函數(shù)被調(diào)用。這個(gè)子函數(shù)應(yīng)該提供上面所提問(wèn)題的信息：mdlInitializeSizes還提供初始條件x0和采樣時(shí)間ts，ts是一個(gè)m×2的矩陣，其中第k行包含了對(duì)應(yīng)于第k個(gè)采樣時(shí)間的采樣周期值和偏移量，同時(shí)，在子系統(tǒng)中將str設(shè)置為[]。

例12-1不含參數(shù)的簡(jiǎn)單增益系統(tǒng)。

圖12-7中的S-Function模塊有一個(gè)輸入標(biāo)量信號(hào)，要求該模塊將輸入信號(hào)乘2，并將結(jié)果顯示在示波器中。圖12-7包含S-函數(shù)的M文件代碼在S-函數(shù)模板sfuntmp1.m中建模，使用這個(gè)模板，用戶可以創(chuàng)立與C語(yǔ)言MEXS-函數(shù)類似的M文件S-函數(shù)，這可以更容易地將M文件轉(zhuǎn)換為CMEX文件。

假設(shè)要實(shí)現(xiàn)不含狀態(tài)不含參數(shù)的系統(tǒng)，那么需要對(duì)模板做三處修改：

在主函數(shù)中，修改函數(shù)的名稱，并修改文件名使其與函數(shù)名稱對(duì)應(yīng)。

初始化：在mdlInitializeSizes中，確定輸入和輸出的個(gè)數(shù)。對(duì)于帶有至少一個(gè)輸入和一個(gè)輸出的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，它總是直接饋通的。function[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes

sizes=simsizes;

sizes.NumContStates=0;

sizes.NumDiscStates=0;

sizes.NumOutputs=1;

sizes.NumInputs=1;

sizes.DirFeedthrough=1;

sizes.NumSampleTimes=1;輸出：在mdlOutputs中，編寫輸出方程，并通過(guò)變量sys返回。例如，在一個(gè)將輸入乘2的S-函數(shù)中，輸入方程為：

functionsys=mdlOutputs(t,x,u)

sys=[2*u];下面是timestwo函數(shù)文件完整的M代碼：

function[sys,x0,str,ts]=timestwo(t,x,u,flag)

%Dispatchtheflag.Theswitchfuncitoncontrolsthecallsto

%S-functionroutinesateachsimulationstage.

switchflag

case0

[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;%Initialization

case3

sys=mdlOutputs(t,x,u);%Calculateoutputs

case{1,2,4,9}

sys=[];%Unusedflags

otherwise

error(['Unhandledflag=',num2str(flag)]);%Errorhanding為了在Simulink中測(cè)試這個(gè)S-函數(shù)，可雙擊模型中的S-Function模塊，翻開模塊參數(shù)對(duì)話框，在S-functionname參數(shù)框內(nèi)輸入timestwo。由于這個(gè)模型是不含有參數(shù)和狀態(tài)的，因此可對(duì)S-functionparameters參數(shù)不做修改，如圖12-8(a)所示。運(yùn)行仿真，在示波器中顯示的波形如圖12-8(b)所示。(a)(b)圖12-8例12-2含參數(shù)的可變?cè)鲆嫦到y(tǒng)。

如果需要用戶輸入系統(tǒng)的參數(shù)，那么這些參數(shù)必須在S-函數(shù)中第一行的輸入?yún)?shù)中列出。主函數(shù)應(yīng)當(dāng)做適當(dāng)?shù)男薷?，以便將用戶參?shù)傳遞到子函數(shù)中；子函數(shù)的定義也應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的修改，以便通過(guò)輸入?yún)?shù)接收用戶的參數(shù)。

現(xiàn)在，圖12-9中的模型可實(shí)現(xiàn)一個(gè)可變?cè)鲆嫦到y(tǒng)，它的增益值作為S-Function模塊中的參數(shù)由用戶輸入。圖12-9對(duì)S-函數(shù)模塊進(jìn)行的修改包括：最頂部的函數(shù)做了改動(dòng)，函數(shù)中增加了新的參數(shù)，并采用新的函數(shù)名。

function[sys,x0,str,ts]=sfun_vargain(t,x,u,flag,gain)

由于增益參數(shù)只是用來(lái)計(jì)算輸出值的，因此對(duì)mdlOutputs的調(diào)用可修改為：

case3,

sys=mdlOutputs(t,x,u,gain);

對(duì)mdlOutputs子函數(shù)的定義也做了相應(yīng)的修改，將增益作為參數(shù)輸入：

functionsys=mdlOutputs(t,x,u,g)

sys=g*u;在編寫S-函數(shù)時(shí)，應(yīng)該區(qū)分哪些參數(shù)會(huì)影響一個(gè)子函數(shù)的執(zhí)行，然后針對(duì)這些參數(shù)做相應(yīng)的改動(dòng)。

注意，輸出通過(guò)增益和輸入的乘積得到，并通過(guò)sys返回。

在S-Function對(duì)話框內(nèi)設(shè)置參數(shù)，S-functionname的參數(shù)名為sfun_vargain，設(shè)置S-functionparameters參數(shù)值為10，如圖12-10(a)所示。運(yùn)行仿真，得到的結(jié)果如圖12-10(b)所示。(a)圖12-10(b)圖12-1012.5.2連續(xù)狀態(tài)S-函數(shù)

在實(shí)現(xiàn)一個(gè)連續(xù)系統(tǒng)時(shí)，mdlInitializeSizes子函數(shù)應(yīng)做適當(dāng)?shù)男薷模ù_定連續(xù)狀態(tài)的個(gè)數(shù)、狀態(tài)初始值和設(shè)置采樣時(shí)間ts為0，說(shuō)明系統(tǒng)為連續(xù)采樣。

例12-3積分器S-函數(shù)。

這里建立一個(gè)簡(jiǎn)單的積分器，它的狀態(tài)初始值作為用戶輸入，系統(tǒng)模型如圖12-11所示。圖12-11由于狀態(tài)初始值作為輸入?yún)?shù)，因此S-函數(shù)中的第一行定義輸入的初始狀態(tài)參數(shù)為initial_state：

function[sys,x0,str,ts]=sfun_int(t,x,u,flag,initial_state)

然后將初始狀態(tài)initial_state傳遞給初始化函數(shù)mdlInitializeSizes。模型導(dǎo)數(shù)函數(shù)

對(duì)于一個(gè)積分器，狀態(tài)方程為：因此還需要編寫mdlDerivatives子函數(shù)，將狀態(tài)的導(dǎo)數(shù)向量通過(guò)sys變量返回：

functionsys=mdlDerivatives(t,x,u)

sys=[u];如果系統(tǒng)包含多于一個(gè)狀態(tài)，那么可以通過(guò)索引x(1)，x(2)，…得到各個(gè)狀態(tài)。自然地，對(duì)于多個(gè)狀態(tài)，就會(huì)有多個(gè)導(dǎo)數(shù)與之對(duì)應(yīng)，在這種情況下，sys為一個(gè)向量，其中包含了所有連續(xù)狀態(tài)的導(dǎo)數(shù)。與通常一樣，修改后的mdlOutputs中應(yīng)包含輸出方程。

在S-Function對(duì)話框內(nèi)設(shè)置參數(shù)，S-functionname的參數(shù)名為sfun_int，設(shè)置S-functionparameters參數(shù)值為5，如圖12-12(a)所示。運(yùn)行仿真，得到的結(jié)果如圖12-12(b)所示。(a)(b)圖12-12

例12-4蹦極S-函數(shù)。

在這里利用S-函數(shù)實(shí)現(xiàn)第6章中的蹦極跳系統(tǒng)，方程為：其中，h為距地面的距離；方程中的常值為，彈力系數(shù)k=5，a1=1，a2=1，g=10。用戶可以在S-函數(shù)中輸入長(zhǎng)度、質(zhì)量和離地面的距離。系統(tǒng)模型如圖12-13所示。其中，h為距地面的距離；方程中的常值為，彈力系數(shù)k=5，a1=1，a2=1，g=10。用戶可以在S-函數(shù)中輸入長(zhǎng)度、質(zhì)量和離地面的距離。系統(tǒng)模型如圖12-13所示。

修改主函數(shù)中的函數(shù)名稱為sfun_bungee，系統(tǒng)沒有輸入，使用一個(gè)if-else結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)b(x)判斷選擇。在S-Function模塊對(duì)話框內(nèi)輸入?yún)?shù)值，按照S-函數(shù)中的順序輸入S-functionparameters參數(shù)值，如圖12-14(a)。設(shè)置仿真時(shí)間為100個(gè)時(shí)間單位，運(yùn)行仿真，結(jié)果曲線如圖12-14(b)所示。(a)圖12-14(b)圖12-14下面是sfun_bungee函數(shù)文件完整的M代碼。

function[sys,x0,str,ts]=sfun_bungee(t,x,u,flag,len,weight,dist_ground)

%bungeejumpingsfunction:k=5;a1=1;a2=1;g=10;

%length,weight,distancefromgroundareinputparameters

k=5;a1=1;a2=1;g=10;

switchflag,

case0,

[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(len);

case1,

sys=mdlDerivatives(t,x,u,weight,k,a1,a2,g);

case2,

sys=mdlUpdate(t,x,u);case3,

sys=mdlOutputs(t,x,u,dist_ground);

case4,

sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u);

case9,

sys=mdlTerminate(t,x,u);

otherwise

error(['Unhandledflag=',num2str(flag)]);

end

function[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(len)

sizes=simsizes;

sizes.NumContStates=2;sizes.NumDiscStates=0;

sizes.NumOutputs=1;

sizes.NumInputs=0;

sizes.DirFeedthrough=0;

sizes.NumSampleTimes=1;%atleastonesampletimeisneeded

sys=simsizes(sizes);

%initializetheinitialconditions.%

x0=[-len;0];

%strisalwaysanemptymatrix.%

str=[];12.5.3離散狀態(tài)S-函數(shù)

在實(shí)現(xiàn)一個(gè)離散系統(tǒng)時(shí)，mdlInitializeSizes子函數(shù)應(yīng)做適當(dāng)?shù)男薷?，包括確定離散狀態(tài)的個(gè)數(shù)、狀態(tài)初始值和設(shè)置采樣時(shí)間。

狀態(tài)初始化function[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizessizes=simsizes;sizes.NumContStates=0;sizes.NumDiscStates=1;sizes.NumOutputs=1;

sizes.NumInputs=1;

sizes.DirFeedthrough=0;

sizes.NumSampleTimes=1;

sys=simsizes(sizes);

%initializetheinitialconditions.%

x0=[0];

%strisalwaysanemptymatrix.%

str=[];

%initializethearrayofsampletimes.%

ts=[10];mdlUpdate和mdlOutputs函數(shù)也要做適當(dāng)?shù)男薷?，最?jiǎn)單的例子是單位延遲，因?yàn)閱挝谎舆t的方程為y(n+1)=u(n)，等價(jià)的狀態(tài)方程表達(dá)式為：

x(n+1)=u(n)

y(n)=x(n)模型更新

mdlUpdate和mdlOutputs應(yīng)當(dāng)修改為：

functionsys=mdlUpdate(t,x,u)

sys=u;

functionsys=mdlOutputs(t,x,u)

sys=x;例12-5單位延遲S-函數(shù)。

編寫S-函數(shù)實(shí)現(xiàn)單位延遲功能，當(dāng)給定正弦波輸入時(shí)，觀察輸出波形。

模型如圖12-16(a)所示，設(shè)置S-Function模塊參數(shù)對(duì)話框中的S-函數(shù)的名稱為sfun_und_，模塊中沒有額外參數(shù)，由于這是一個(gè)含有一個(gè)離散狀態(tài)的S-函數(shù)，因此在初始化時(shí)設(shè)置sizes.NumDiscStates=1。假設(shè)要實(shí)現(xiàn)延遲功能，可設(shè)置采樣時(shí)間ts，這里設(shè)置ts=

[0.10]，表示采樣時(shí)間為0.1秒。如果設(shè)置ts=[-10]，那么表示S-函數(shù)繼承驅(qū)動(dòng)模塊的采樣時(shí)間，那么得到的波形應(yīng)該與輸入的波形相同。運(yùn)行仿真，在示波器中觀察結(jié)果波形，圖12-15(b)中示波器上面的窗口顯示的是輸入信號(hào)波形，下面的窗口顯示的是S-函數(shù)的輸出波形。(a)(b)圖12-15用戶也可以封裝S-Function模塊，這樣可以在模塊圖標(biāo)上標(biāo)明該函數(shù)的功能，如在封裝編輯器的Icon選項(xiàng)頁(yè)內(nèi)輸入繪制命令：disp('UnitDelay')，那么所得S-Function模塊如圖12-16所示。圖12-16sys=simsizes(sizes);

x0=0;str=[];ts=[0.10];%Sampleperiodof0.1seconds(10Hz)

%endmdlInitializeSizes%============================================================%mdlUpdate%Handlediscretestateupdates,sampletimehits,andmajortimesteprequirements.

%============================================================

functionsys=mdlUpdate(t,x,u)sys=u;%endmdlUpdate

%=============================================

%mdlOutputs

%ReturntheoutputvectorfortheS-function

%=============================================

functionsys=mdlOutputs(t,x,u)

sys=x;

%endmdlOutputs例12-6人口系統(tǒng)S-函數(shù)。

編寫一個(gè)S-函數(shù)描述人口的動(dòng)態(tài)變化。設(shè)繁殖率為r，資源為k，初始人口數(shù)量為init，那么人口變化規(guī)律為系統(tǒng)模型如圖12-17所示。圖12-17修改S-函數(shù)的第一行：

function[sys,x0,str,ts]=sfun_population(t,x,u,flag,r,k,init)

對(duì)子函數(shù)的調(diào)用為：

case0,

[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(init);

case2,

sys=mdlUpdate(t,x,u,r,k);

在這個(gè)例子中，p為狀態(tài)，輸出等于狀態(tài)，于是，更新函數(shù)和輸出函數(shù)為：

functionsys=mdlUpdate(t,x,u,r,k)

sys=[r*x*(1-x/k)];

functionsys=mdlOutputs(t,x,u)

sys=[x];翻開S-Function對(duì)話框，設(shè)置S-functionname參數(shù)為sfun_population，設(shè)置S-functionparameter參數(shù)值為1.05、1e6、100000，如圖12-18(a)所示。選擇變步長(zhǎng)ode45求解器，仿真100個(gè)時(shí)間單位，運(yùn)行仿真后得到的結(jié)果曲線如圖12-18(b)所示。(a)圖12-18(b)圖12-18下面是sfun_population函數(shù)文件完整的M代碼：

function[sys,x0,str,ts]=sfun_population(t,x,u,flag,r,K,init)

%populationdynamics.Rate(r),resources(K)andinitialpopulation

%(init)areuserinputs.

switchflag,

case0,

[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(init);

case1,

sys=mdlDerivatives(t,x,u);

case2,

sys=mdlUpdate(t,x,u,r,K);

case3,

sys=mdlOutputs(t,x,u);

case4,sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u);

case9,

sys=mdlTerminate(t,x,u);

otherwise

error(['Unhandledflag=',num2str(flag)]);

end

function[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(init)

sizes=simsizes;

sizes.NumContStates=0;

sizes.NumDiscStates=1;

sizes.NumOutputs=1;

sizes.NumInputs=0;sizes.DirFeedthrough=1;

sizes.NumSampleTimes=1;%atleastonesampletimeisneeded

sys=simsizes(sizes);

%initializetheinitialconditions.%

x0=[init];

%strisalwaysanemptymatrix.%

str=[];

%initializethearrayofsampletimes.%

ts=[10];

%endmdlInitializeSizes%===================================================

%mdlDerivatives

%Returnthederivativesforthecontinuousstates.

%==============================================

functionsys=mdlDerivatives(t,x,u)

sys=[];

%endmdlDerivatives

%================================================

%mdlUpdate

%Handlediscretestateupdates,sampletimehits,andmajortimesteprequirements.

%==================================================

functionsys=mdlUpdate(t,x,u,r,K)

sys=[r*x*(1-x/K)];12.5.4混合系統(tǒng)S-函數(shù)

混合系統(tǒng)是包含連續(xù)狀態(tài)和離散狀態(tài)的系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)混合系統(tǒng)時(shí)，mdlInitializeSizes子函數(shù)應(yīng)做適當(dāng)?shù)男薷?，用戶需要在子系統(tǒng)中指定連續(xù)狀態(tài)和離散狀態(tài)的個(gè)數(shù)、狀態(tài)初始值和設(shè)置采樣時(shí)間。

在處理混合系統(tǒng)時(shí)，用戶應(yīng)明確指定flag參數(shù)值，以便正確調(diào)用系統(tǒng)中連續(xù)局部和離散局部的子函數(shù)。對(duì)于混合S-函數(shù)，或者對(duì)于任何一個(gè)多速率S-函數(shù)，Simulink在所有的采樣時(shí)刻都需要調(diào)用mdlUpdate、mdlOutputs和mdlGetTifeOfNextVarHit函數(shù)，這就意味著用戶必須知道所處理的采樣時(shí)刻，并執(zhí)行對(duì)應(yīng)時(shí)刻的更新函數(shù)。例12-7混合系統(tǒng)S-函數(shù)。

圖12-19是一個(gè)由連續(xù)積分器和離散單位延遲模塊組成的混合系統(tǒng)。圖12-19這里用S-函數(shù)實(shí)現(xiàn)圖12-19的功能，S-函數(shù)的名稱為sfun_mix。

下面是sfun_mix函數(shù)文件完整的M代碼：

function[sys,x0,str,ts]=sfun_mix(t,x,u,flag)

%Samplingperiodandoffsetforunitdelay.

dperiod=1;

doffset=0;

switchflag

case0

[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(dperiod,doffset);%Initialization%

case1

sys=mdlDerivatives(t,x,u);%Derivatives%

case2,

sys=mdlUpdate(t,x,u,dperiod,doffset);%Updat