前面的話

本文介紹如何在matlab的simulink中嵌入C語(yǔ)言進(jìn)行多輸入多輸出的仿真；這樣暫時(shí)脫離硬件平臺(tái)的問(wèn)題，快速驗(yàn)證算法的可行性，從而提高效率，總體來(lái)說(shuō)，simulink挺香的，不過(guò)由于不可抗拒因素，在一些高校強(qiáng)行被ban，非?？上?，但是我相信我們最終會(huì)擁有比matlab更強(qiáng)大的軟件。

目錄

• 1 s-function

• 2 具體設(shè)置

• 2.1 輸入輸出

• 2.2 構(gòu)建 S-Function

• 3 源碼分析

• 4 相關(guān)測(cè)試

• 5 總結(jié)

1 s-function

S-function模塊，位于Simulink/User-Defined Functions模塊庫(kù)中，它可以很方便的調(diào)用matlab腳本，即.m為后綴的文件，也可以調(diào)用c文件，進(jìn)行多輸入多輸出(輸入多個(gè)參數(shù)，返回多個(gè)參數(shù))，即MIMO的系統(tǒng)；

那么就需要LEVEL-2的s-function，因此這里需要使用S-Function Builder來(lái)自定義需要輸入的參數(shù)和輸出的參數(shù)；

2 具體設(shè)置

首先拖拽S-Function Builder到仿真文件中，并雙擊打開，可以看到具體的屬性如下圖所示；

一般初級(jí)的使用，這里有四個(gè)地方需要注意，已經(jīng)在上圖中標(biāo)注出來(lái)；

1. S-Function文件名，最終構(gòu)建成功會(huì)生成相應(yīng)名稱的 C文件；
2. 輸入輸出的設(shè)置，根據(jù)需求設(shè)置 S-Function的入口參數(shù)，和返回參數(shù)，后面會(huì)詳細(xì)解釋；
3. 完成設(shè)置之后需要進(jìn)行構(gòu)建，生成 C文件；
4. 對(duì)相應(yīng)文件進(jìn)行修改，最終進(jìn)行編譯；
5. 如果編譯成功的話，C程序就已經(jīng)成功嵌入了，下面可以進(jìn)行 simulink仿真了；

后面將結(jié)合一個(gè)例子進(jìn)行分析；

2.1 輸入輸出

首先設(shè)置文件名，本文設(shè)置為sfun_myc；

然后在輸入和輸出選項(xiàng)下有相關(guān)端口的屬性選項(xiàng)，具體如下；

• Port name：端口名稱，用戶自己填寫；
• Dimensions：數(shù)據(jù)的維度，這里有兩種選項(xiàng)，分別是 1-D和 2-D；如果是 1-D則表示輸入 向量， 2-D則表示輸入為矩陣；
• Rows：輸入數(shù)據(jù)的行數(shù)；
• Columns：輸入數(shù)據(jù)的列數(shù)；
• Complexity：輸入的數(shù)據(jù)是實(shí)數(shù)還是復(fù)數(shù)，這里有 real和 complex這兩個(gè)選項(xiàng)；

2.1.1 添加相應(yīng)的輸入信號(hào)

如下圖所示；點(diǎn)擊圖標(biāo)①，在Input ports的選項(xiàng)下，添加了u0，u1，u2和t，這四個(gè)輸入信號(hào)的添加；

2.1.2 添加相應(yīng)的輸出信號(hào)

輸出具體如下圖所示；

2.2 構(gòu)建 S-Function

設(shè)置成功之后，具體信息如下圖所示；

模塊圖標(biāo)如下圖所示；從上面兩圖可以看出，已經(jīng)設(shè)置完成，點(diǎn)擊Build生成S-Function對(duì)應(yīng)的C程序，包括；

• sfun_myc.c；在這文件中也可以進(jìn)行對(duì)輸出的修改；
• sfun_myc_wrapper.c；主要修改這個(gè)文件，下面具體再分析；

文件列表如下圖所示；

3 源碼分析

3.1 sfun_myc.c

sfun_myc.c是軟件自動(dòng)生成的文件，源碼相對(duì)較長(zhǎng)，占較大篇幅，暫時(shí)不貼，主要分析其中幾個(gè)主要的函數(shù)；
在mdlOutputs函數(shù)會(huì)每過(guò)一個(gè)采樣點(diǎn)（sample time）就被調(diào)用一次，在這里以及傳入了我們之前定義好的四個(gè)參數(shù)，以及需要輸出的三個(gè)參數(shù)；并且最終調(diào)用sfun_myc_Outputs_wrapper函數(shù)來(lái)處理輸入和輸出，具體如下所示；

static?void?mdlOutputs(SimStruct?*S,?int_T?tid)
{
????const?real_T???*u0??=?(const?real_T*)?ssGetInputPortSignal(S,0);
????const?real_T???*u1??=?(const?real_T*)?ssGetInputPortSignal(S,1);
????const?real_T???*u2??=?(const?real_T*)?ssGetInputPortSignal(S,2);
????const?real_T???*t??=?(const?real_T*)?ssGetInputPortSignal(S,3);
????real_T????????*y0??=?(real_T?*)ssGetOutputPortRealSignal(S,0);
????real_T????????*y1??=?(real_T?*)ssGetOutputPortRealSignal(S,1);
????real_T????????*y2??=?(real_T?*)ssGetOutputPortRealSignal(S,2);
????
????sfun_myc_Outputs_wrapper(u0,?u1,?u2,?t,?y0,?y1,?y2);
}

3.2 sfun_myc_wrapper.c

主要的邏輯是在這個(gè)函數(shù)中進(jìn)行編寫；源碼太長(zhǎng)，占較大篇幅，暫時(shí)不貼，主要分析其中幾個(gè)主要的函數(shù)；

/*?This?sample?sets?the?output?equal?to?the?input
??????y0[0]?=?u0[0];?
?For?complex?signals?use:?y0[0].re?=?u0[0].re;?
??????y0[0].im?=?u0[0].im;
??????y1[0].re?=?u1[0].re;
??????y1[0].im?=?u1[0].im;
*/

上面的代碼可以看到，u0為輸入，y0和y1為輸出；

在sfun_myc_Outputs_wrapper函數(shù)中進(jìn)行修改，就可以得到：

這里用梯形速度曲線進(jìn)行測(cè)試，具體如下；

/*
?*?Output?functions
?*
?*/
void?sfun_myc_Outputs_wrapper(const?real_T?*u0,
???const?real_T?*u1,
???const?real_T?*u2,
???const?real_T?*t,
???real_T?*y0,
???real_T?*y1,
???real_T?*y2)
{
/*?%%%-SFUNWIZ_wrapper_Outputs_Changes_BEGIN?---?EDIT?HERE?TO?_END?*/
/*?This?sample?sets?the?output?equal?to?the?input
??????y0[0]?=?u0[0];?
?For?complex?signals?use:?y0[0].re?=?u0[0].re;?
??????y0[0].im?=?u0[0].im;
??????y1[0].re?=?u1[0].re;
??????y1[0].im?=?u1[0].im;
*/
/*?%%%-SFUNWIZ_wrapper_Outputs_Changes_END?---?EDIT?HERE?TO?_BEGIN?*/
????int?Am?=?u0[0];
????int?Vm?=?u1[0];
????int?Pf?=?u2[0];
????int?T?=?t[0];
????
????int?Ta?=?Vm/Am;
????int?Tm?=?(Pf?-?Am*Ta*Ta)/Vm;
????int?Tf?=?2*Ta+Tm;
????printf("%d\r\n",Tf);????
????//梯形
????if(Tm>0){
????????if(T?<=?Ta){
????????????y0[0]?=?0.5*Am*T*T;
????????????y1[0]?=?Am*T;
????????????y2[0]?=?Am;
????????}else?if(T<=(Ta+Tm)){
????????????y0[0]?=?0.5*Am*Ta*Ta?+?Vm*(T-Ta);
????????????y1[0]?=?Vm;
????????????y2[0]?=?0;
????????}else?if(T<=(Ta+Tm+Ta)){
????????????y0[0]?=?0.5*Am*Ta*Ta?+?Vm*Tm?+?0.5*Am*(T-Ta-Tm)*(T-Ta-Tm);
????????????y1[0]?=?Vm-Am*(T-Ta-Tm);
????????????y2[0]?=?-Am;
????????}
????}else{
????//三角形
????????Ta?=?sqrt(Pf/Am);
????????if(T????????????y0[0]?=?0.5*Am*T*T;
????????????y1[0]?=?Am*T;
????????????y2[0]?=?Am;
????????}else{
????????????y0[0]?=?0.5*Am*Ta*Ta?+?0.5*Am*(T-Ta)*(T-Ta);
????????????y1[0]?=?Am*Ta?-?Am*(T-Ta);
????????????y2[0]?=?-Am;
????????}
????}
}

3.2 編譯程序

編輯好相應(yīng)的函數(shù)就可以開始編譯程序；在matlab終端輸入以下指令；

mex?sfun_myc.c?sfun_myc_wrapper.c

0 warning 0 errors

如果出現(xiàn)以下提示：錯(cuò)誤使用 mex 未找到支持的編譯器或 SDK。您可以安裝免費(fèi)提供的 MinGW-w64 C/C++ 編譯器；請(qǐng)參閱安裝 MinGW-w64 編譯器。如需更多選項(xiàng)，請(qǐng)參閱http://www.mathworks.com/support/compilers/R2015b/win64.html。===

則需要先根據(jù)提示安裝相應(yīng)的編譯器。

4 相關(guān)測(cè)試

仿真的框圖如下所示；

寫的是一個(gè)梯形速度曲線規(guī)劃仿真算法，，結(jié)果符合預(yù)期，開心。

5 總結(jié)

本文總結(jié)了在matlab的simulink中調(diào)用C語(yǔ)言進(jìn)行仿真，但是還有很多問(wèn)題沒(méi)有考慮在內(nèi)，需要讀者進(jìn)行舉一反三，如果有別的問(wèn)題也可以進(jìn)行在文章下方進(jìn)行評(píng)論。

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