риц в качестве входных и выходных переменных (MATLAB S-функции

могут оперировать только векторами в качестве входных и выходных

переменных), а также больший набор внутренних функций (сallback-

методов).

,

Чаще всего S-функции используются при создании новых библио-

течных блоков, обеспечивающих взаимодействие Simulink с аппаратны-

У

ми средствами компьютера, при создании блоков на основе математи-

ческих уравнений, блоков реализующих анимационные возможности

MATLAB, а также при подключении

к модели Simulink существующего

программного кода языков высокого уровня.

П

Т

3.2.2. Блок S-function

Н

S-функция подключается к модели Simulink с помощью библиотеч-

ного блока S-function

.

(библиотека Functions & Tables) [11]. На рис. 5.7

И

показано окно модели с блоком S-function

и его окно диалога.

Н

.

О

Э

И

Ю

в

Э

о

П

н

Э

с

.

Риса. 5.7. Блок S-function и его окно диалога

р

ц

3.2.3. Математическое описание S-функции

К

о

Simulink-блок однозначно описывается наборами входных пере-

менных u, переменных состояния x и выходных переменных y (рис. 5.8).

70

,

Рис. 5.8.

Общий вид Simulink-блока

В математической форме блок можно описать в общем виде сле-

дующей системой уравнений [14]:

У

П

y = f0 (t, x,u) (выходы)

xc = fd (t, x,u) (производные непрерывных переменных состояния)

Т

xdk +1 = fu (t, x,u) (дискретные переменные состояния), где

x = xc + xd .

3.2.4.

Н

.

Этапы моделирования

И

Процесс расчета модели выполняется Simulink в несколько этапов.

На первом этапе выполняется инициализация модели: подключение

библиотечных блоков к модели, определениеН

размерностей сигналов,

.

Ю

типов данных, величин шагов модельного времени, оценка параметров

блоков, а также определяется порядок выполнения блоков, и выполня-

Э

ется выделение памяти для проведения расчета.

Затем Simulink начинает

И

цикл моделирования. На каж-

дом цикле моделирования (вр

м шаге) происходит расчет блоков

О

в

в порядке, определенном а этапе и ициализации. Для каждого блока

Simulink вызывает функции, которые вычисляют переменные состояния

Э

выполнять

ых состояния и выходы y в течение те-

блока x, производные переме

кущего шага модельного времени. Этот процесс продолжается пока мо-

еменн

делированиеПне будет з вершено. На рис. 5.9 показана диаграмма, ил-

с

люстрирующая этот п оцесс.

Э

а

.

3.2.5.

Callback-методы S-функции

ц

р

Каждая задача при вызове S-функции в процессе моделирования

о

решается

К

специальной внутренней функцией (сallback-

с помощью

метода). В MATLAB S-функции используются следующие методы:

1. mdlInitializesizes – инициализация. До начала первого цикла моделирования Simulink инициализирует S-функцию. В течение этого эта-

па Simulink:

–инициализирует структуру с именем SimStruct, содержащую ин71

формацию S-функции;

–устанавливает количество и размерность входных и выходных

портов;

,

–устанавливает шаг модельного времени для блока;

–выделяет память для хранения переменных и устанавливает раз-

мерность массивов.

У

2. mdlGetTimeOfNextVarHit – вычисление времени следующего сра-

батывания блока (для блоков с дискретным переменным шагом расче-

та).

П

3. mdlOutputs – вычисление значений выходных сигналов на внеш-

нем шаге моделирования. На этом этапе рассчитанные

Твыходные сигна-

лы блока передаются на его выходные порты.

Н

.

И

Н

.

О

Э

И

Ю

в

Э

о

П

н

с

Э

а

.

р

ц

К

о

Рис. 5.9. Процесс моделирования

72

4. mdlUpdate – расчет дискретных переменных состояния на внешнем шаге моделирования. Дискретные переменные состояния сохраня-

ют свое значение до следующего цикла моделирования.

,

5. mdlDerivatives – расчет производных переменных состояния.

6. mdlTerminate – завершение работы S-функции.

Если S-функция содержит

непрерывные

переменные

состояния,

У

Simulink вызывает сallback-методы mdlDerivatives и mdlOutputs для рас-

чета производных переменных состояния и выходных переменных на

внутренних шагах моделирования.

П

Вызов каждого из методов Simulink задает с помощью переменной

flag, являющейся входным параметром S-функции.

Т

3.2.6.

Основные понятия S-функции

.

Для того чтобы создать S-функцию

Н

правильно, необходимо опреде-

И

лить основные понятия, используемые в технологии создания S-

функций. К этим понятиям относятся [43]:

–Direct feedthrough

– прямой проходН. Проход входных сигналов на

.

Ю

выход. Прямой проход реализуется в S-функций, если в выражениях для

выходных переменных присутствуют

переменные, либо при

Э

расчете времени следующего срабаты ания блока также используются

И

входные переменные. Установка пра ильного значения параметра

Direct

feedthrough очень важна, п ск льку именно с помощь него

О

входные

Simulink определяет наличие в м дели замкнутых алгебраических кон-

туров.

Э

о

–Dynamically

sized inputs – ди амическая размерность входов. S-

функция может быть

ана таким образом, чтобы обеспечить произ-

н

вольнуюПразмерность векторов входных и выходных переменных, а

с

также векторов состояния непрерывной и(или) дискретной части систе-

мы В этом случае ф ктическ я размерность переменных определяется в

Э

напи

самом начале п оцесса моделирования и устанавливается равной раз-

.

мерности входных сигналов. Чтобы задать динамическую размерность

р

какой-либо переменной, нужно задать значение размерности для этой

ц

переменной равное -1 (минус один) в соответствующем поле структуры

К

о sizes (см. приведенный ниже шаблон S-функции).

–Setting sample times and offsets - установка шагов модельного вре-

мени и смещений. S-функция может задавать время срабатывания достаточно гибко. Simulink обеспечивает следующие варианты задания шага модельного времени:

1. Continuous sample time – непрерывное модельное время. Задается

73