用S函数编写Simulink模块.doc

《通信系统仿真》 实验报告
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实验名称
实验四 用S函数编写Simulink模块
实验成绩

教师签字

一、实验目的
1、掌握S函数的结构和标准接口
2、掌握S函数的编程方法
3、掌握用S函数编写Simulink仿真模块的方法
4、掌握S函数在Simulink仿真中的应用
二、实验原理
为了将系统数学方程与系统可视化模型联系起来，在Simulink中规定了固定的接口函数的形式，称为S函数，一切Simulink可视化模型都是基于S函数实现的。
系统可视化描述的直观性是以牺牲数学描述的简洁性为代价。通过编写和使用S函数，用户也可以构建出采用Simulink的灵活性。S函数可以用Matlab语言书写，也可以采用C++等语言编写。S函数还可以进行编译，以提高执行速度。Simulink内建的标准模块库就是用S函数编写并进行编译后形成的
三、实验内容
1、用S函数实现一个限幅器，当输入信号值小于设定的最小门限值时，输出为最小门限值；当输入信号值大于设定的最大门限值时，输出为最大门限值；如果信号值介于最小门限和最大门限之间，则直通。写出限幅器的数学模型，对S函数实现的模块进行封装，要求能够在封装对话框中设置限幅的门限。给出测试系统和测试仿真结果，并与Simulink基本库中的Saturation模块进行对比。
实验代码：
function [sys,x0,str,ts]=xianSfun(t,x,u,flag,max,min)
switch flag,
case 0 %flag=0 初始化
sizes= simsizes; %获取simulink仿真变量结构
sizes.NumContStates = 0; %连续系统的状态数为0
sizes.NumDiscStates = 0; %离散系统的状态数为0
sizes.MumOutputs = 1; %输出信号数目是1
sizes.MumInputs = 1; %输入信号数目是1
sizes.DirFeedthrough = 1; %该系统是直通的
sizes.NumSampleTimes = 1; %这里必须为1
sys= simsizes(sizes);
str = []; %通常为空矩阵
x0 =[]; %初始状态矩阵x0
ts =[0 0]; %采样时间有外部模块给出

%限幅器函数--------------------------------------

case 3 %flag=3 计算输出
if u>max
sys=max;
elseif u<min
sys=min;
else
sys=u;
end

case {1,2,4,9} %其他不做处理的flag
sys=[];
otherwise %异常处理
error(['Unhandled flag=',num2str(flag)]);
end
%主函数结束---------------------------------------
仿真模型：

运行结果：
结果说明：输入信号为一个幅度为1V，频率为1000Hz的余弦波，设定的最小门限为-0.5，最大门限为0.5，示波器扫描周期为2ms。先在Maltab命令窗口中输入：Lm=-0.5；Hm=0.5；之后再运行仿真模型。

实验结论：
限幅器的作用是限幅，输入幅度为2的余弦波，通过门限为0.5和-0.5的限幅器后，幅度大于0.5和幅度小于-0.5的部分都被限制了，即不能输出。
2、用S函数实现一个绝对值模块，即输出信号是输入信号求绝对值的结果。用这个绝对值模块对输入的调幅波进行检波，试仿真得出输出结果。
实验代码：
function [sys,x0,str,ts]=abs(t,x,u,flag)
switch flag
case 0 %flag=0 初始化
sizes= simsizes; %获取simulink仿真变量结构
sizes.NumContStates = 0; %连续系统的状态数为0
sizes.NumDiscStates = 0; %离散系统的状态数为0
sizes.MumOutputs = 1; %输出信号数目是1
sizes.MumInputs = 1; %输入信号数目是1
sizes.DirFeedthrough = 1; %该系统是直通的
sizes.NumSampleTimes = 1; %这里必须为1
sys= simsizes(sizes);
str = []; %通常为空矩阵
x0 =[]; %初始状态矩阵x0
ts =[0 0]; %采样时间有外部模块给出

%限幅器函数--------------------------------------

case 3 %flag=3 计算输出
if u>0
sys=u;
else u<0
sys=-u;
end

case {1,2,4,9} %其他不做处理的flag
sys=[];
otherwise %异常处理
error(['Unhandled flag=',num2str(flag)]);
end
%主函数结束---------------------------------------
仿真模型：

运行结果：
结果说明：输入信号为一个幅度为2V，频率为1000Hz的三角波，示波器扫描周期为4ms。

实验结论：
输入信号经过“绝对值模块”后，只输出幅度大于0的部分。
3、用S函数实现一个门限比较器，当输入大于设定门限则输出为指定的高电平，否则输出另一个指定的低电平。
实验代码：
function [sys,x0,str,ts] =chensimin3Sfun(t,x,u,flag,Lm,Hm,S)
%S为设定的门限，Lm、Hm分别为指定的低电平和高电平
% u表示基带信号
% size(u) % 取消本句注释可观察输入信号u的矩阵维数
switch flag,
case 0 % flag=0 初始化
sizes = simsizes; % 获取SIMULINK仿真变量结构
sizes.NumContStates = 0; % 连续系统的状态数是0
sizes.NumDiscStates = 0; % 离散系统的状态数是0
sizes.NumOutputs = 1; % 输出信号数目是1
sizes.NumInputs = -1; % 输入信号数目是自适应的
sizes.DirFeedthrough = 1; % 该系统是直通的
sizes.NumSampleTimes = 1; % 这里必须为1
sys = simsizes(sizes);
str = []; % 通常为空矩阵
x0 = []; % 初始状态矩阵x0
ts = [-1 0]; % 采样时间由外部模块给出
case 3 % flag=3 计算输出
if u>S
sys=Hm;
else sys=Lm;
end
case {1, 2, 4, 9 } % 其他作不处理的flag
sys=[]; % 无用的flag时返回sys为空矩阵
otherwise % 异常处理
error(['Unhandled flag = ',num2str(flag)]);
end
仿真模型：

运行结果：
结果说明：输入信号为一个幅度为2V，频率为1000Hz的方波，示波器扫描周期为4ms。先在Maltab命令窗口中输入：S=1;Lm=-1;Hm=1;之后再运行仿真模型。

实验结论：
输入信号经过“门限比较器”后，输出的幅度大小都是指定的，本实验输入的幅度只为1和-1两个指定值。
四、实验报告
通过分析实验结果可知：某些功能的模块，可以通过代数运算模块实现，比如本次实验的“门限器”、“绝对值模块”、“门限比较器”等。