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Matlab S-Function函数入门详解
Part I:
所谓s函数是system Function的简称, 用它来写自己的simulink模块. s函数可以用matlab、C、C++、Fortran、Ada等语言来写， 这儿我只介绍怎样用matlab语言来写吧（主要是它比较简单） < xmlnamespace prefix =“o” ns =“urn:schemas- microsoft -com🏢office” />
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
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里输入 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.
case 0,
[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;
// 解释说明
flag=0表示当前处于初始化状态，此时调用函数mdlInitializeSizes进行初始化，此函数在该文件的第149行定义. 其中的参数sys是一个 结构体 ，它用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
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=Ax+Bu
x(k+1)=fd(t,x,u) 也可以用离散状态方程描述：x(k+1)=Hx(k)+Gu(k)
y=fo(t,x,u) 也可以用输出状态方程描述：y=Cx+Du
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.NumInputs=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
str = []; %保留参数, 置[]就可以了, 没什么用
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mdlGetTimeOfNextVarHit函数中具体介绍
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193行的函数mdlDerivatives, 如果设置连续状态变量个数为0, 此处只需sys=[]就可以了, 按我们上述讨论的那个模型, 此处改成 sys=fc(t,x(1),u)或sys=Ax(1)+Bu, 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
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mdlUpdate函数, 它这儿sys=[]表示没有离散状态, 我们这儿可以改成sys=fd(t,x(2),u)或sys=Hx(2)+Gu;%sys即为x(k+1)
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218行的mdlOutputs函数. 如果sys=[]表示没有输出, 我们改成sys=fo(t,x,u)或sys=Cx+Du %sys此时为输出y
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mdlInitializeSizes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
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，就在此函数中写完了.
Part II
此外, s函数还可以带用户参数, 下面给个例子, 它和simulink下的gain模块功能一样
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. 或者在matlab的workspace下打sfundemos, 可以看到很多演示s函数的程序
Part III
SIMULINK s-function的设计
Simulink为用户提供了许多内置的基本库模块, 通过这些模块进行连接而构成系统的模型. 对于那些经常使用的模块进行组合并封装可以构建出重复使用的新模块, 但它依然是基于Simulink原来提供的内置模块.
而Simulink s-function是一种强大的对模块库进行扩展的新工具.
(一) s-function的概念
s-function是一个动态系统的计算机语言描述, 在MATLAB里, 用户可以选择用m文件编写, 也可以用c或mex文件编写, 在这里只给大家介绍如何用m文件编写s-function.
S-function提供了扩展Simulink模块库的有力工具, 它采用一种特定的调用语法, 使函数和Simulink解法器进行交互.
S-function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.
(二) 建立m文件s-function
假设, 有一系统如下:
dx1=x2
dx2=9.81sin(x(1))-2x(2)+u
求出系统在单位阶跃输入下的x1的状态变化曲线, 假设x1,x2初值为0, 则:
function [sys,x0]=dong(t,x,u,flag)
if flag1
sys=[x(2);9.81sin(x(1))-2x(2)+u];
elseif flag==3
sys=[x(1);x(2)];
else
sys=[];
end
转自：https:// blog .csdn.net/jirryzhang/article/details/78335358?
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