MATLAB S 函数编写示范(基于 MATLABR2010a)
1.M 语言 S 函数
在命令行输入命令“edit sfuntmpl”即可打开 M 语言 s 函数模板。M 语
言 S 函数是以 flag 为标志进行运算的。flag==0 时，初始化参数；flag==1 时，
计算微 分；flag==2 时，状态更新；flag==3 时，计算输出；flag==4 时适用于
变步长结算；其他参数不常用。
（1）flag==0 时，调用 mdlInitializeSizes 函数，sizes 结构及解释如
下：
sizes.NumContStates
sizes.NumDiscStates
sizes.NumOutputs
sizes.NumInputs
sizes.DirFeedthrough
= 0;
//连续变量个数
= 0;
//离散变量个数
= 0;
//输出个数
= 0;
//输入个数
= 1; //是否直通，当在输出
里包含了输入时，为直通
sizes.NumSampleTimes = 1;
//采样时间
对状态变量进行初始化,如果初始条件是 0 初始条件，
则
x0=[0 0]
（2）flag==1 时，调用 mdlDerivatives(t,x,u)函数计算微分，如有一
系统为状态方程为 x'=2x+u，y=5x+u 时，编写如下：sys=2*x+u;
（3）flag==3 时，计算输出，如上例系统，则编写如下：sys=5*x+u;
ok,下面只需要将编写好的 s 函数名称写入 s-function 模块。
例子：对如下系统（零初始条件）
x1'=-3x1-x2+u;
x2'=2x1;
y=x2;编写 s 函数如下：
function [sys,x0,str,ts,simStateCompliance] = sfun_m_hyj(t,x,u,flag)
switch flag,
case 0,
[sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=mdlInitializeSizes;
case 1,
sys=mdlDerivatives(t,x,u);
case 2,
sys=mdlUpdate(t,x,u);
case 3,
sys=mdlOutputs(t,x,u);
case 4,
sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u);
case 9,
sys=mdlTerminate(t,x,u);
otherwise
DAStudio.error('Simulink:blocks:unhandledFlag', num2str(flag));
end
function [sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=mdlInitializeSizes
sizes = simsizes;
sizes.NumContStates = 2;
sizes.NumDiscStates = 0;
sizes.NumOutputs
= 1;
sizes.NumInputs
= 1;
sizes.DirFeedthrough = 1;
sizes.NumSampleTimes = 1;
% at least one sample time is needed
sys = simsizes(sizes);
x0 = [0 0];
str = [];
ts = [0 0];
simStateCompliance = 'UnknownSimState';
function sys=mdlDerivatives(t,x,u)
sys = [-3*x(1)-x(2)+u;2*x(1)]; //注意此处传递的是 x 向量，包含了 x1 和
x2，引用时使用 x（1），x（2），下标从 1 开始
function sys=mdlUpdate(t,x,u)
sys = [];
function sys=mdlOutputs(t,x,u)
sys = [x(2)]; //x 向量
function sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u)
sampleTime = 1;
% Example, set the next hit to be one second later.
sys = t + sampleTime;
function sys=mdlTerminate(t,x,u)
sys = [];
2.C 语言 S 函数
让我们做一个两个输入，两个输出，两个参数的例子。在 MATLAB 命
令行输入 edit sfuntmpl_basic.c 即可打开 C 语言 S 函数模板。
#define
#define
#define
#define
S_FUNCTION_NAME test //更改名字
S_FUNCTION_LEVEL 2
INPUT_NUM 2 //输入输出个数
OUTPUT_NUM 2
#include "simstruc.h"
//////////////////////////////
//用到的头文件
#include "math.h"
#include "stdio.h"
static void mdlInitializeSizes(SimStruct *S)
{
/* See sfuntmpl_doc.c for more details on the macros below */
ssSetNumSFcnParams(S, 2); /* Number of expected parameters *///
输入参数个数
if (ssGetNumSFcnParams(S) != ssGetSFcnParamsCount(S)) {
/* Return if number of expected != number of actual parameters
*/
return;
}
ssSetNumContStates(S, 0);//连续、离散状态个数
ssSetNumDiscStates(S, 0);
if (!ssSetNumInputPorts(S, INPUT_NUM)) return;
ssSetInputPortWidth(S, 0, 3);//设置端口维数，更改为 3x1
ssSetInputPortRequiredContiguous(S, 0, true); /*direct input signal
access*/
//第二个输入端口
ssSetInputPortWidth(S,1,3);
ssSetInputPortRequiredContiguous(S,1,true);
sSetInputPortDirectFeedThrough(S, 0, 1);
ssSetInputPortDirectFeedThrough(S, 1, 1);
if (!ssSetNumOutputPorts(S, OUTPUT_NUM)) return;
ssSetOutputPortWidth(S, 0, 3);//输出端口维数 3x1
ssSetOutputPortWidth(S, 1, 3);//第二个输出
ssSetNumSampleTimes(S, 0.001);//采样时间 0.001s
ssSetNumRWork(S, 0);//设置浮点向量大小，0 表示继承信号大小
ssSetNumIWork(S, 0);
ssSetNumPWork(S, 0);
ssSetNumModes(S, 0);
ssSetNumNonsampledZCs(S, 0);//设置采样点之间的 zero crossing 的模块
的状态个数
/* Specify the sim state compliance to be same as a built-in block
*/
ssSetSimStateCompliance(S, USE_DEFAULT_SIM_STATE);
ssSetOptions(S, 0);
对于输出函数 mdlOutputs，先获得变量，再进行编程
static void mdlOutputs(SimStruct *S, int_T tid)
{
//获得参数指针
real_T *para1=mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,0));
real_T *para2=mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,1));
const real_T *u1 = (const real_T*) ssGetInputPortSignal(S,0);
const real_T *u2 = (const real_T*) ssGetInputPortSignal(S,1);
real_T
real_T
*y1 = ssGetOutputPortSignal(S,0);
*y2 = ssGetOutputPortSignal(S,1);
//将输入乘以参数 1 或者参数 2，然后赋值给输出
y1[0] = para1[0]*u1[0];
y1[1] = para1[0]*u1[1];
y1[2] = para1[0]*u1[2];
y2[0] = para2[0]*u2[0];
y2[1] = para2[0]*u2[1];
y2[2] = para2[0]*u2[2];
}
ok，使用 mex 编译并加入 s-function 模块，就可以。
3.s-function builder
s function builder 可以很方便的自动生成 c 语言 s 函数。
填写 s 函数名，并确定连续状态个数及初始化，采样模式为连续；
编写连续状态程序，注意此处即使只有一个 u0 也要加上 u0[0],且此处的下标是
从 0 开始。
编写输出程序，此处的输入输出定义取默认值。完成后点击 build 按钮生成 s
函数。
最后，总结以上的例子，可得以下仿真结果，从图中看，结果符合逻辑。
MATLAB 调用 C/C++函数的方法
系统分类:科研笔记|关键词:MATLAB C C++ 调用
通过 MATLAB 将 C/C++函数编译成 MEX 函数，在 MATLAB 中就可以调用了。
1，首先装编译器
Matlab 里键入 mex -setup，选择你要编译 C++的编译器
2，写 C++函数
函数的形式必须是
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *
prhs[])
nlhs：输出参数个数
plhs：输出参数列表
nrhs：输入参数个数
prhs：输入参数列表
，不过函数名可以随便取的。注意：保存的文件名就是将来在 MATLAB 中调用的
函数名，而不是这里的函数名。
下面给出一个例子，目的是想截取数组的部分元素组成新的数组
输入参数 3 个，目标数组，截取的行（向量），截取的列（向量）
输出参数 2 个，截取后数组，数组维数信息
在函数中展示了如何传入传出参数，以及如果从参数列表中取出每一个参数，
MATLAB 数据和 C++数据的互相转换，还有一些输出函数等。
新建一个 ResizeArray.cpp 文件(ResizeArray 将作为 MATLAB 调用的函数名)，
写入下面代码
#include "mex.h"
//author: 汪帮主 2010.05.05
//MATLAB 调用形式： [resizedArr, resizedDims] = ResizeArray(arr, selRows,
sekCols)
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray
*prhs[])
{
if (nrhs != 3)
{
mexErrMsgTxt("参数个数不正确!");
}
int rowNum = mxGetM(prhs[0]);
int colNum = mxGetN(prhs[0]);
double* pArr = (double*)mxGetPr(prhs[0]);
//得到选择的行列信息
//无论是行向量还是列向量均支持
double* pSelRows = (double*)mxGetPr(prhs[1]);
double* pSelCols = (double*)mxGetPr(prhs[2]);
int selRowsRowNum = mxGetM(prhs[1]);
int selRowsColNum = mxGetN(prhs[1]);
if (selRowsRowNum!=1 && selRowsColNum!=1)
{
mexErrMsgTxt("行参数不正确！");
}
int selRowsNum = selRowsRowNum*selRowsColNum;
int selColsRowNum = mxGetM(prhs[2]);
int selColsColNum = mxGetN(prhs[2]);
if (selColsRowNum!=1 && selColsColNum!=1)
{
mexErrMsgTxt("列参数不正确！");
}
int selColsNum = selColsRowNum*selColsColNum;
plhs[1] = mxCreateDoubleMatrix(2, 1, mxREAL);
double* resizedDims = (double*)mxGetPr(plhs[1]);
resizedDims[0] = selRowsNum;
resizedDims[1] = selColsNum;
plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(selRowsNum, selColsNum, mxREAL);
double* pResizedArr =(double*)mxGetPr(plhs[0]);
//这里因为 MATLAB 中数据得按列优先
#define ARR(row,col) pArr[(col)*rowNum+row]
#define RARR(row,col) pResizedArr[(col)*selRowsNum+row]
for(int ri=0; ri<selRowsNum; ri++)
{
for(int ci=0; ci<selColsNum; ci++)
{
RARR(ri,ci)=ARR((int)pSelRows[ri]-1,(int)pSelCols[ci]-1);
}
}
mexPrintf("OK!/n");
}
3，编译 C++函数为 MEX 函数
将 ResizeArray.cpp 放在 MATLAB 当前目录中，在 MATLAB 中输入 mex
ResizeArray.cpp，编译成功后将会生成 ResizeArray.mexW32
4，调用函数
arr=[11:19;21:29;31:39;41:49;51:59;61:69];
selRows=[1 3];
selCols=[2:4 5 9];
[rarr,rdims]=ResizeArray(arr,rows,cols);
arr 中数据：
11 12 13 14 15 16 17 18 19
21 22 23 24 25 26 27 28 29
31 32 33 34 35 36 37 38 39
41 42 43 44 45 46 47 48 49
51 52 53 54 55 56 57 58 59
61 62 63 64 65 66 67 68 69
rarr 中数据：
12 13 14 15 19
32 33 34 35 39
rdims 为：
2
5
OK,done！