实例讲解Simulink的MATLAB Function模块
实例讲解Simulink的MATLAB Function模块
MATLAB Function模块是Simulink中一个非常强大的功能模块，它允许用户使用M语言编写自定义函数，并能够将这些函数生成C代码，用于开发桌面应用和嵌入式应用。相比Fcn模块，MATLAB Function模块支持的MATLAB内建函数更加广泛，包括支持代码生成和不支持代码生成的函数。本文将通过多个实例，详细介绍MATLAB Function模块的使用方法。
MATLAB Function模块简介
MATLAB Function模块的主要功能是将MATLAB代码包含在生成可嵌入式C代码的模型中。该模块位于Simulink / User-Defined Functions库和HDL Coder / User-Defined Functions库中。
与普通模块不同，双击MATLAB Function模块后打开的不是参数对话框，而是一个M代码编辑窗口，在这里可以编写M代码来描述输出y与输入u之间的关系。模块默认拥有1个输入端口u和1个输出端口y，但具体是否有输入输出端口取决于内部M函数的定义方式。
基本操作实例
实例1：基本操作
function y = fcn(u1,u2)
y = u1*u2;
end
点击界面的"Go to Diagram"按钮可以从脚本视图跳转回仿真视图。通过"Edit Data"功能，可以对输入和输出数据进行编辑，例如数据的类型、尺寸等属性。
实例2：多输入和多输出
function [y,y1] = fcn1(u1,u2)
y = u1+u2;
y1 = u1*u2;
end
function [y,y1] = fcn2(u)
y = u(1)+u(2);
y1 = u(1)*u(2);
end
使用if和for语句
实例3：使用if语句
function y = fcn4(u)
if u>=5
y = 1;
elseif u<0
y = -1;
else
y = 0;
end
end
实例4：使用for语句
function y = fcn5(u)
num = length(u);
y = 0;
for i = 1:1:num
y = y +u(i);
end
end
使用persistent变量保持状态
在Simulink中，每个采样点会调用一次MATLAB Function的函数。两次调用之间，同一个变量的前次计算的终值如何传递到当前计算周期是一个问题。可以使用persistent变量实现函数退出和进入时内部变量值的保持。
例如，编写一个能够累积输入值作为输出的模块（累加模块）：
function y = fcn(u)
%% u 是模块的输入
% y 是模块的输出
%函数功能：实现对输入的累加
persistent sum_total % 函数内部声明 可持续类型变量 sum_total
% 首先要判断persistent变量是否为空
if isempty(sum_total)
sum_total = 0;
end
sum_total = sum_total +u; %进行累加
y = sum_total;
仿真图中，将Clock模块的信号输入MATLAB Function模块并使用Scope模块接收y端口的输出值，解算器设置为固定步长，值为1。仿真结果如下：
经过10秒共11个采样点后，结果累加到55，等同于sum([0 : 10])。使用persistent变量时需要注意：
- persistent变量不能作为函数的输入输出参数，否则会报错。
- persistent变量不能同当前工作空间中已经存在的变量同名，否则会报错。
- persistent变量不能声明在Command Window（命令窗口）里，必须在函数内声明。
添加trigger信号
在Edit data中可以添加触发信号。例如：
实例5：添加触发信号
function y = fcn6(u)
num = length(u);
y = 0;
for i = 1:1:num
y = y +u(i);
end
end
Extrinsic函数
MATLAB Function模块支持在M编辑器内部定义子函数并调用，但是不支持递归调用。使用不支持代码生成功能的MATLAB内建函数时，如绘图函数系列plot, patch, bar和figure等，需使用eml.extrinsic('plot', 'bar')来声明为Extrinsic函数，启动仿真后这些函数只用来仿真，不进行编译，从而不生成可独立运行的C/C++代码及可执行文件。
Extrinsic函数的处理方式
模型进行仿真时，MATLAB生成调用Extrinsic函数的代码，但是不生成可执行代码，仅保证这些函数能够在MATLAB环境下执行。模块生成代码时，MATLAB会判断Extrinsic函数是否对调用它们的函数输出值有影响，如果有则产生编译器错误，如果没有影响，则对声明为Extrinsic函数以外的函数进行代码生成，而忽略此Extrinsic函数。
实例：绘制三维图形
结合Extrinsic函数声明和Persistent变量的使用，可以在MATLAB Function模块中调用绘图函数绘图，并将每次从Simulink模型获取的输入保存起来：
function fcn(u)
%% 绘制三维图形
eml.extrinsic('plot3','scatter3','delete','close');%声明不能生成c代码的函数
len = length(u);%计算输入的长度
persistent data %声明持续性变量
if isempty(data) %判断持续性变量是否是空值
data = zeros(3,100000);%初始化
end
persistent n %声明采样数据次数的持续性变量 n
if isempty(n)
n = 1;
else
n = n +1;
end
data(:,n) = u;%存储输入的数据 3*n 每列数据是一个三维坐标(x,y,z)
persistent h
if isempty(h)
h = plot3(data(1,:),data(2,:),data(3,:),'bo');
else
delete(h);%每个采样时刻重新绘制图像以达到动态刷新的效果
h = plot3(data(1,:),data(2,:),data(3,:),'bo');
end
模型建立时使用Clock模块、Fcn模块和Mux模块构成正弦、余弦和时间量3维输入。运行模型之后，会动态地绘制出每个采样时刻计算的值到坐标轴中，构成逐步上升的螺旋3-D图形，如下所示：