MATLAB MBD C-MEX S-FUNCTION SIMULINK
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2022-11-23
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基于C-MEX的S-Function编写指导书
1、、概述概述
本文档用来介绍基于c语言的S-Function编写指导说明，并通过一个C-MEX S-Function的范例来演示如何一步步的建立
自己的S-function。
2、、S-function介绍介绍
2.1 S-function能做什么能做什么
S-function（System Function）为扩展Simulink的性能提供了一个强大的工具。S-function的典型应用包括：
1. 向向Simulink增加一些新的通用模块增加一些新的通用模块，比如自定义的PLL模块、SVPWM发波模块、坐标变换模块等；
2. 增加作为硬件设备驱动程序的模块增加作为硬件设备驱动程序的模块（应用于半实物仿真中）；
3. 将已有的将已有的C代码应用到仿真中代码应用到仿真中 （我司仿真模型主要使用此功能）；
4. 使用一组数学方程式来对系统进行描述使用一组数学方程式来对系统进行描述，比如自定义双馈电机模型、自定义三相异步电机模型等；
5. 使用可视化动作使用可视化动作 （参见MATLAB范例中的倒立摆模型，penddemo）
2.2 S-function的工作原理的工作原理
要创建 S-function，首先必须了解S-function 是如何工作的。要了解S-function 如何工作，则需要了解Simulink 是如何进
行模型仿真的，那么又需要了解Simulink模块的数学公式。因此，本节首先从一个模块的输入、状态和输出之间的数学关
系开始介绍。
2.2.1 Simulink模块的数学模型模块的数学模型
一个Simulink模块的数学模型，包含一组输入、一组状态和一组输出。其中输出是采样时间、模块状态和模块输入的
函数。
图1 Simulink模块的数学模型
下面的方程式表述了Simulink模块输入、状态和输出之间的数学关系：
2.2.2 Simulink仿真的执行步骤仿真的执行步骤
Simulink 模型的执行分几个阶段进行。
首先进行的是初始化阶段，在此阶段，Simulink将library模块合并到模型中来，确定信号宽度、数据类型和采样时间，
计算模块参数，确定模块的执行顺序，以及分配内存。
然后，Simulink 进入到“仿真循环”，每次循环可认为是一个“仿真步”。在每个仿真步期间，Simulink 按照初始化阶段确
定的模块执行顺序依次执行模型中的每个块。对于每个块而言，Simulink 调用函数来计算模块在当前采样时间下的状态，
导数和输出。如此反复，一直持续到仿真结束。
下图所示为Simulink仿真运行的执行步骤：
图1 Simulink仿真执行的步骤
2.2.3 S-function模块的回调程序模块的回调程序
一个 S-function 包含了一组S-function 回调程序，用以执行在每个仿真阶段所必需的任务。在模型仿真运行的不同阶
段，S-function 模块调用对应的回调程序。
通过S-function 的回调程序来执行的任务包括：
初始化初始化：在“仿真循环”之前，Simulink引擎对S-function进行初始化，包括：
初始化SimStruct，这是一个仿真数据结构，包含了关于S-function 的信息
设置输入和输出端口的数量和宽度
设置S-function模块的采样时间
分配存贮区间
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