S函数的简介

S函数是Simulink中提供给用户的一个自定义模块，由于在研究过程中经常需要复杂的算法设计，Simulink中提供的模块无法满足使用，就需要用编程的形式设计出S函数模块，然后嵌入到系统中。利用S函数，理论上可以在Simulink下对任意复杂的系统进行仿真

S函数的一般定义形式

function [sys,x0,str,ts] = sfunc(t,x,u,flag,P1,....,Pn)  
%P1....Pn是自己定义的额外的参数
% S函数模版
%输入参数：
%   t,x,u分别对应时间、状态、输入信号
%   flag是标志位，S函数根据其执行不同的函数和功能
%输出参数
%   sys是一个通用的返回参数值，其数值根据flag的不同而不同
%   x0为状态初始数值
%   str在目前为止的matlab版本中并没有什么作用，一般令str = []
%   ts为一个两列的矩阵，包含采样时间和偏移量两个参数
switch flag
    case 0 %系统初始化函数
        [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;
    case 1 %计算连续变量的导数
        sys=mdlDerivatives(t,x,u);
    case 2 %更新离散状态变量
        sys=mdlUpdate(t,x,u);
    case 3 %计算S函数的输出
        sys=mdlOutputs(t,x,u);
    case 4 %计算下一仿真时刻
        sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u);
    case 9 %仿真结束调用这个函数
        sys=mdlTerminate(t,x,u);
    otherwise % 其他未知情况处理，用户可以自行定义
        error(['Unhandled flag = ',num2str(flag)]);
end
%% 初始化函数
function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes
sizes = simsizes;
sizes.NumContStates  = 0; %连续状态个数
sizes.NumDiscStates  = 0; %离散状态个数
sizes.NumOutputs     = 0; % 输出变量个数
sizes.NumInputs      = 0;  % 输入变量个数
sizes.DirFeedthrough = 1; 
  % 系统的输出是否直接与输入相关联
  %即输入是否出现在输出端的标志。可以根据flag = 3 时，
  %mdlOutputs函数是否调用输入u来判断是否直接馈通
sizes.NumSampleTimes = 1;  %至少需要的采样时间
sys = simsizes(sizes);
x0  = [];  % 初始化条件
str = [];  
ts  = [0 0];      
%初试化采样时间，[0,0]表示每个连续的采样时间步都在运行
%[-1,0]表示按照所连接的模块的采样速率进行
%[0.25,0.1]表示仿真开始的0.1s后每0.25s运行一次
%采样时间点为TimeHit = n * period + offset
            
%% 进行连续状态变量的更新函数
function sys=mdlDerivatives(t,x,u)
sys = [];
%%  进行离散状态变量的更新
function sys=mdlUpdate(t,x,u)
sys = [];
%% 求系统的输出函数
function sys=mdlOutputs(t,x,u)
sys = [];
%% 计算下一仿真时刻，由sys返回
function sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u)
sampleTime = 1;  %此处设置下一仿真时刻为1秒钟以后
sys = t + sampleTime;
%% 结束仿真子函数
function sys=mdlTerminate(t,x,u)
sys = [];

S函数控制流程

调用流程通过flag标志来控制

1. 设置flag=0，完成初始化
2. 设置flag=3，请求S函数计算模块的输出
3. 设置flag=2，更新离散状态，当用户还需要计算状态导数时，可设置flag=1，由求解器使用积分算法计算状态的值
4. 设置flag=3，计算模块的输出

不断重复上述过程，直到到达仿真时间，设置flag = 9，结束仿真。

前期工作

• 需要搞清楚模块的离散状态和连续状态有多少个
• 需要搞清楚离散模块的采样周期
• 需要了解模块的连续和离散的状态方程分别是多少