MATLAB与机器人动力学simulink仿真编程

• 2. 函数分析 • 下面结合sfuntmpl.m中的代码来讲具体的结构： • switch flag, %判断flag，看当前处于哪个状态 • case 0, • [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes; • // 解释说明 • flag=0表示当前处于初始化状态，此时调用函数mdlInitializeSizes进行初始化， 其中的参数
• t是采样时间, x是状态变量, u是输入(是做成simulink模块的输入), flag是仿真过程中的状态标 志(以它来判断当前是初始化还是运行等)
• sys输出根据flag的不同而不同(下面将结合flag来讲sys的含义), x0是状态变量的初始值, str是 保留参数(mathworks公司还没想好该怎么用它, 一般在初始化中将它置空就可以了, str=[]), ts是一个1×2的向量, ts(1)是采样周期, ts(2)是偏移量
• case 2, • sys=mdlUpdate(t,x,u); • // • flag=2表示此时要计算下一个离散状态, 即上面提到的x(k+1)=fd(t,x,u), 找到mdlUpdate函数,
它这儿sys=[]表示没有离散状态, 我们这儿可以改成sys=fd(t,x(2),u)或sys=H*x(2)+G*u;%sys即 为x(k+1)
• case 3, • sys=mdlOutputs(t,x,u); • //flag=3表示此时要计算输出, 即y=fo(t,x,u), 找到218行的mdlOutputs函数. 如果sys=[]表示没
有输出, 我们改成sys=fo(t,x,u)或sys=C*x+D*u %sys此时为输出y
• case 4, • sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u); • // • flag=4表示此时要计算下一次采样的时间, 只在离散采样系统中有用(即上文的
function sys=mdlOutputs(t,x,u) sys(1)=x(1); sys(2)=x(2); sys(3)=x(3); sys(4)=x(4);
• 先介绍一下simulink的仿真过程（以便理解s函数），simulink的仿真有两个阶段： 一个为初 始化，这个阶段主要是设置一些参数，像系统的输入输出个数、状态初值、 采样时间等； 第二个阶段就是运行阶段，这个阶段里要进行计算输出、更新离散状态、 计算连续状态等 等，这个阶段需要反复运行，直至结束.
在结束时还要设置什么，就在此函数中写完了.
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S函数的通用模块 function [sys,x0,str,ts]=s_function(t,x,u,flag) switch flag, case 0,
[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;%初始化 case 1,
sys=mdlDerivatives(t,x,u);%微分，系统方程 case 3,
函数mdlDerivatives, 如果设置连续状态变量个数为0, 此处只需sys=[]就可以了, 按我们上述 讨论的那个模型, 此处改成 sys=fc(t,x(1),u)或sys=A*x(1)+B*u, 我们这儿x(1)是连续状态变量, 而x(2)是离散的, 这儿只用到连续的, 此时的输出sys就是微分
• 举个例子，考虑如下模型:
• dx/dt=fc(t,x,u) 也可以用连续状态方程描述：dx/dt=A*x+B*u
• x(k+1)=fd(t,x,u) 也可以用离散状态方程描述：x(k+1)=H*x(k)+G*u(k)
• y=fo(t,x,u) 也可以用输出状态方程描述：y=C*x+D*u
• 设上述模型连续状态变量、离散状态变量、输入变量、输出变量均为1个，我们就只需改上 面那一段代码为(一般连续状态与离散状态不会一块用, 我这儿是为了方便说明):
sys=mdlOutputs(t,x,u);%输出方程 case {2, 4, 9 }
sys = []; otherwise
error(['Unhandled flag = ',num2str(flag)]); end
function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes sizes = simsizes; sizes.NumContStates = 4; sizes.NumDiscStates = 0; sizes.NumOutputs = 4; sizes.NumInputs = 2; sizes.DirFeedthrough = 0; sizes.NumSampleTimes = 0; sys=simsizes(sizes); x0=[0.10,0,0.10,0]; str=[]; ts=[]; function sys=mdlDerivatives(t,x,u)
sys是一个结构体，它用来设置模块的一些参数，各个参数详细说明如下 • size = simsizes;%用于设置模块参数的结构体用simsizes来生成 • sizes.NumContStates = 0; %模块连续状态变量的个数 • sizes.NumDiscStates = 0; %模块离散状态变量的个数 • sizes.NumOutputs = 0; %模块输出变量的个数 • sizes.NumInputs = 0; %模块输入变量的个数 • sizes.DirFeedthrough = 1; %模块是否存在直接贯通 • sizes.NumSampleTimes = 1; %模块的采样时间个数, 至少是一个 • sys = simsizes(sizes); %设置完后赋给sys输出
•
• 在matlab的workspace里输入edit sfuntmpl(这是matlab自己提供的s函数模板)，我们看它来 具体分析s函数的结构.
• 1. 函数的函数头
• 函数的第一行：function [sys,x0,str,ts]=sfuntmpl(t,x,u,flag) , 先讲输入与输出变量的含义：
• str = []; %保留参数, 置[]就可以了, 没什么用
• ts = [0 0]; %采样周期设为0表示是连续系统, 如果是离散系统在下面的 mdlGetTimeOfNextVarHit函数中具体介绍
• case 1, • sys=mdlDerivatives(t,x,u); • // • flag=1表示此时要计算连续状态的微分, 即上面提到的dx/dt=fc(t,x,u)中的dx/dt, 找到193行的
• sizes.NumContStates=1;sizes.NumDiscStates=1;sizes.NumOutputs=1;sizes.NumInputs=1;
• 其他的可以不变, 继续在mdlInitializeSizes函数中往下看：
• x0 = []; %状态变量设置为空，表示没有状态变量，以我们上面的假设，可改为x0=[0,0](离散 和连续的状态变量我们都设它初值为0)
S函数
如果是库里面没有的模型就要自己建立S函数或M函数模型。
S函数
如果是库里面没有的模型就要自己建立S函数或M函数模型。
• 从library中的 • Use-defined • Function • 里面找到 • S-function • 拖到文件中 • 并编写对应 • .m 文件并改名
S函数
mdlInitializeSizes中提到的ts设置ts(1)不为0), 连续系统中只需在mdlGetTimeOfNextVarHit函 数中写上sys=[]. 这个函数主要用于变步长的设置, 具体实现大家可以用edit vsfunc看 vsfunc.m这个例子
• case 9, • sys=mdlTerminate(t,x,u); • // • flag=9表示此时系统要结束，一般来说写上在mdlTerminate函数中写上sys=[]就可, 如果你
Simulink模块化编程
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*.mdl
常见的库sinks, source, continuous, math Operations
1个简单simulink模型
1、新建模型 File->new->Simulink model 2、从库中选择所要用的模型 拖出 3、连线 4、运行仿真程序 5、看结果