S-function的工作原理解析

　　S-function函数
　　System function的简称，是对一个动态系统的计算机程序语言描述。
　　S-function接收来自Simulink解法器的相关信息，并对解法器发出的命令做出适当的响应，这种交互作用类似simulink系统模块与解法器交互作用。
　　在Matlab中，可以选择M文件，C或MEX文件编写。
　　最广泛的用途是定制用户自己的simulink模块。
　　主要用来实现下面几个方面的功能：
　　①增加一个通用目标的模型
　　②使用S-function的模块来充当硬件的驱动
　　③在仿真中嵌入已经存在的C代码
　　④将系统表示成一系列的数学方程
　　⑤在simulink中使用动画

　　常用概念
　　① 直接馈通
　　指输出（或者是对于变步长采样块的可变步长）直接受控于一个输入口的值。
　　②动态维矩阵
　　S-function可编写成支持任意维的输入。当仿真开始时，根据驱动S-function的输入向量的维数动态确定实际输入的维数。
　　M文件的S-function只可有一个输入端口，而且输入端口只能接受一维（向量）的信号输入。
　　信号的宽度是可变的。在一个M文件的S-function内，如果要指示输入宽度是动态的，必须在数据结构sizes中相应的域值指定为-1，结构sizes是在调用mdlInitializeSizes时返回的一个结构。
　　当S-function通过使用length（u）来调用时，可以确定实际输入的宽度。如果指定为0宽度，那么S-function模块中将不出现输入端口。
　　如果块的其他特性，如输出数量、离散状态数量或连续状态数量，被指定为动态宽度，那么simulink会将这些向量定义为与输入向量具有相同的长度。
　　③采样时间和偏移量
　　采样时间选项：
　　连续采样时间：用于具有连续状态和/或非过零采样的S-function
　　连续但微步长固定采样时间：需要在每一个主仿真步上执行，但在微步长内值不发生变化的S-function
　　离散采样时间：如果S-function模块的行为是离散时间间隔的函数，那么可以定 义一个采样时间来控制simulink何时调用该模块。也可以定义一个偏移量来延迟每个采样时间点。偏移量的值不超过相应采样时间的值。
　　采样时间点发生的时间：
　　TimeHit=（n*period）+offset
　　可变采样时间：采样时间间隔变化的离散采样时间。在每步仿真的开始，具有可变采样时间的S-function需要计算下一次采样点的时间。
　　继承采样时间：从其输入块继承采样时间。
　　一个块可以从以下几种块中继承采样时间：
　　①输入块 ；②输出块；③系统中最快的采样时间
　　采样时间设置为继承：M文件中的S-function中使用-1作为采样时间，C的S-function中使用INHERITED_SAMPLE_TIME作为采样时间。
　　采样时间是按照固定格式成对指定的：［采样时间，偏移时间］
　　还可指定采样时间从驱动块继承而来，S-function只能有一个采样时间对

　　S-function模块
　　S-Function模块在User Defined Function库中
　　双击S-function模块，打开其参数设置对话框，设置S-Function参数
　　S-function name（文件名）填写S-function不带扩展名的文件名，文件名文本框不能为空。
　　S-function parameters（参数编辑框）文本框中填写S-function所需要的参数，参数并列给出，参数间以逗号分隔开。
　　创建S-Function源代码，单击“Edit”按钮，即可打开源代码M文件的编辑窗口
　　连接模块，进行仿真

　　S-function工作原理
　　S-function优点就是可以创建一个通用的模块，在模块中可以多次调用，在不同的场合下仅仅修改它的参数。
　　仿真流程：
　　S-function包括主函数和6个功能子函数
　　mdlInitializeSizes初始化，定义S-function的基本特性，包括采样时间、连续或离散状态的初始条件和Sizes数组
　　mdlDerivatives连续状态微分
　　mdlUpdate离散状态更新
　　mdlOutputs模块输出
　　mdlGetTimeOfNextVarHit计算下次采样时刻
　　mdlTerminate仿真结束
　　仿真过程中，通过Switch-case语句，根据不同阶段对应的flag值（仿真流程标志向量）来调用S-function的不同子函数，以完成对S-function模块仿真流程的控制。
　　定义S-function的初始信息
　　S-function的说明信息，这一部分主要是在mdlIntializeSizes子函数里完成。
　　Sizes数组是S-function函数信息的载体，它的内部字段意义为：
　　①NumContStates：连续状态的个数（状态向量连续部分的宽度）
　　②NumDIscStates：离散状态的个数（状态向量离散部分的宽度）
　　③NumOutputs：输出变量的个数（宽度）
　　④NumInputs：输入变量的个数（宽度）
　　⑤DirFeedthrough：有无直接馈入，其是一个布尔代数，0或1两种，0代表没有
　　⑥NumSampleTimes：采样时间的个数，ts变量的行数
　　字段代表的向量宽度为动态可变，则可以将它们赋值为-1
　　由于S-function会忽略端口，所以当有多个输入变量或多个输出变量时，必须用mux模块或demux模块进行合成或分解
　　输入和输出的参量说明：
　　默认的4个输入参量：t，x，u，flag，他们次序不能变动
　　t代表仿真时间；x代表状态向量；u代表输入向量；flag是一个控制在每个仿真阶段调用哪一个子函数的参数；
　　默认的4个输出参量：sys，x0，str，ts，他们次序不能变动
　　sys是一个通用的返回参数，它的返回值取决于flag值; x0是初始状态值，这个返回参数只有在flag值为0时才有效；str没有任何意义；ts是一个m*2的矩阵，它的两列分别表示采样时间间隔和偏移。
　　建立S-function可以分成两个分离的任务：
　　①初始化模块特性
　　②将算法放到合适的S-function子函数中去