S函数L1使用方法介绍

1. 流程解释

S函数分为L1和L2两级，其中L1的模块只能单输入单输出，而L2是可以多输入多输出的。这里仅涉及L1的Matlab语言S函数使用，应用于机器人仿真控制设计。

首先是官方流程（翻译），如下图：

然后是一与代码相关的参考流程图（有修改）：

2. 伪代码流程解释

main
{
    初始化模型;　　//0；mdlInitializeSizes
    //计算下一个采样时间点（大步长）;　　//4；mdlGetTimeOfNextVarHit
    while(未到达仿真终止时间）
    {
　　　　计算下一个采样时间点（大步长）；  //4;mdlGeTimeOfNextVarHit 根据官网流程修改
        计算模块的输出;　　//3；mdlOutputs
        更新离散状态量;　　//2；mdlUpdate
        if(此模型带有连续状态模块)　　
        {
　　　　　here：计算模块的输出； //3；mdloutputs
        　　 计算微分;　　//1；mdlDerivatives
            if(精度未达标)
                goto here;
            过零检测;
            计算写一个采样时间点（大步长）;
        }
    }
    执行仿真终止动作; 　　//9；mdlTerminate   
}

3. L1模板代码及其解释

%% S-Funtion Usage Template and Comprehention

%% sfun总函数
function [sys, x0, str, ts, simStateCompliance] = learnSFunction(t, x, u, flag, p1, p2)
%==============================================================================
% sys   sfun调用的系统模型，有sys(1~7)种状态属性
% x0    sys的初始状态
% str   状态排序字符串，一般为空
% ts    采样时间
% 详细使用见initialize
%
% t     系统时间，与u和x有关
% x     系统状态变量
% u     系统输入变量(simulink中给u的，用u(index)表示)
%==============================================================================
switch flag % 状态机，通过系统自动计算和改变
    case 0  % 初始化
        [sys, x0, str, ts, simStateCompliance] = mdlInitializeSizes;
    case 1  % 返回定义的连续型状态导数模型
        sys = mdlDerivatives(t, x, u);
    case 2  % 更新离散状态X0，sys=X(n+1)
        sys = mdlUpdate(t, x, u);
    case 3  % 通过u将参数从模块传出
        sys = mdlOutputs(t, x, u);
    case 4  % 离散时使用，抓取下一个采样的T给sys
        sys = mdlGetTimeOfNextVarHit(t, x, u);
    case 9  % sys结束时定义功能，默认清除sys使得sys=[]
        sys = mdlTerminate(t, x, u);
    otherwise % 报错
        DAStudio.error('Simulation: blocks : unhandledFlag: ', num2str(flag));
end

%% 初始化函数
function [sys, x0, str, ts, simStateCompliance] = mdlInitializeSizes

size = simsizes;
size.NumInputs      = 0;    % 输入的数量
size.NumOutputs     = 0;    % 输出的数量
size.NumContStates  = 0;    % 连续状态的数量
size.NunDiscStates  = 0;    % 离散状态的数量
size.DirFeedThrough = 1;    % 是否直通(直通可以在flag3-output中使用变量u中的内容)
size.NumSampleTimes = 1;    % ts的采样时间数量，代表其行数(row)

sys = simsizes(size);
x0 = [];
str=[];
simStateCompliance = 'UnknownSimState';

%=============================================================================
% ts是一个 NumSampleTimes*2 的矩阵，每行代表一个采样点，
% 每行代表[period offset]，几种写法含义如下：
% [0 0] : 系统为连续时间
% [0 1] : 系统时间连续，但以很小的步长采样
% [-2 0]: 变步长时间采样，通过flag4-mdlGetTimeOfNextVarHit抓取
% [x y] : 其余的写法代表period为采样总时间，offset为采样间隔
%         其中    period>0, offset<period
%=============================================================================
ts = [0 0];


%% mdlUpdate
%=============================================================================
% 状态更新、timehit、时间步长时的具体要求
%=============================================================================
function sys=mdlUpdate(t,x,u)
sys = [];


%% 其它功能函数
function sys=mdlDerivatives(t,x,u)
sys = [];


function sys=mdlOutputs(t,x,u)
sys = [];


function sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u)
%  例子，设置下一抓取(hit)时间点为1s后
sampleTime = 1;    
sys = t + sampleTime;


function sys=mdlTerminate(t,x,u)
sys = [];