simulink中状态机的使用/Stateflow使用技巧与实例应用

Stateflow使用技巧与实例应用

1 Stateflow基础

       Stateflow是与Simulink一起运行的图形设计和发展工具，非常适合在Simulink中队控制和操作实际系统的逻辑进行建模。Stateflow是根据有限状态机（finite state machine）理论发展而来的，是有限状态机各个状态之间的转换。

       有限状态机系统——事件驱动系统：事件、状态。

       状态转换图：State Transition Diagrams，是有限状态机的基本表达方式。

       状态：state，代表一个系统模型，具有相应的布尔（boolean）行为，即有active和inactive两个行为状态，可以相互转换。

       转移：transitions，定义系统中的逻辑信号流向（logic flow），从inactive→active。首次转换得到的状态由default transitions表示。

       同一时刻，只能有一个状态处于启动状态。Default transitions表示第一次启动状态。转移表示激活状态的不断转移。

事件（events）控制激活状态的转移，只有在事件发生后激活状态才回变为非激活状态，反之依然。

2 运行Stateflow

目标的行为取决于目标的状态和控制目标的状态变化。

用Stateflow来表示模型的控制部分：可以在MATLAB的命令窗口中输入Stateflow命令，也可以直接在Simulink中嵌入Stateflow模块。

状态工具——系统的状态就是系统运行的模态。单击状态工具，可以在图形编辑窗口绘制一个状态的示意模块，允许我们填写状态的名称和动作描述。当状态在active下就可以编写相应的执行程序，且在激活状态下可被执行。

通过迁移来改变Stateflow状态：为激活状态的变换提供路径。

状态迁移——在一个状态的边界单击，并拖动到另一个状态处释放，则可以绘制出从一个状态迁移到另外一个状态的连线。右击转移状态线，则会弹出一个窗口，其中空白迁移需要单击窗口坐标的空白迁移按钮来绘制。

通过事件来激活Stateflow：事件为模型中状态间的转化提供了驱动。事件可以在Stateflow中表示，图形中可通过事件触发器来查看事件。

Stateflow使用数据变量。

3 为目标生成C代码

对于Stateflow机有三个类型的目标：仿真目标（Simulation Targets）、Teal-Time Workshop目标和自定义目标（Custom Targets）。

仿真目标：在Stateflow中，其名称为sfun。当利用Stateflow仿真时，Stateflow为每一个Stateflow机产生一个S-函数（MEX文件），用来支持Stateflow的模型仿真。

Teal-Time Workshop目标：它从Simulink中模型的端口产生Stateflow代码，并可为实时运行Stateflow提供一个框架。名称为rtw。

 

4 利用状态和迁移进行控制

创建一个on-off模型，有以下几步：

（1）创建一个带有Stateflow模块的Simulink模型：在MATLAB命令窗口输入sfnew命令，创建一个带有Stateflow模块的Simulink模型；改变标签Chart（单击修改）。

（2）保存Simulink模型（File->Save as）。

（3）打开Stateflow模块图表：双击Chart模块，弹出一个空白的Stateflow图表编辑窗口。进行图标编辑的Stateflow模块名出现在标题栏中；左边的工具栏是用来绘制组成Stateflow图表的不同图形目标，要特别注意状态工具State tool和默认转移工具Default Transition tool。

（4）在Stateflow图表中为Stateflow模块编写控制行为：在Stateflow图表窗口的左边单击绘制状态框的状态工具；在可编辑区绘制一个带圆角的矩形，在其中输入状态名。

在Stateflow图表中绘制迁移：将光标放在起始状态处，变成十字形光标时，按住左键拖动到终止状态处。还要添加空白转移图标：单击工具栏空白（Default）转移图标，将光标移动到绘图区需要的状态框边界上，松开鼠标即可。

为Stateflow图表添加一个触发事件：在Stateflow图表编辑窗口中，选择Add->Event->Input from Simulink菜单命令，弹出新事件的属性对话框；在Tigger下拉列表框中选择Either选项；单击OK按钮，改变和关闭属性对话框。

向Stateflow图表传递一个触发事件：向触发端口发送一个触发信号，信号的过零上升和下降，即可触发事件。

5 进行Stateflow图表仿真

以下图为例： 

（1）定义模型仿真参数：

从Simulink窗口中选择Simulation->Configuration Patameters命令，打开Simulink模型仿真参数对话框；

在打开的对话框的Stop time文本框中，设置结束时间；

在Stateflow编辑窗口，选择Tools->Open Simulation Target菜单命令，弹出Stateflow Target Builder参数对话框；

单击Coder Options，确保选中Enable debugging/animation复选框，单击Ok；

返回Stateflow Target Builder参数对话框，单击Ok；

在Stateflow编辑窗口，选择Tools->Debug菜单命令；

在Animation选项组，确保Enabled单选按钮被选中，设置Delay(sec)；

单击Close按钮，关闭Stateflow Debugging参数设置对话框。

（2）Stateflow图表仿真的基本步骤：

调整Simulink模型窗口和Stateflow图表窗口，以便同时观察；

单击Stateflow中的Simulation->start菜单命令，开始仿真。仿真之前，Stateflow临时设置模型为只读状态，避免在仿真过程中被修改；对Stateflow的错误进行剖析；在Stateflow进行仿真的时候，会在MATLAB命令窗口出现的相关信息。

在Stateflow图表仿真开始时，背景变暗，图表处于激活状态；

在Simulink窗口激活触发事件，如双击Manual Switch模块；

再次激活触发事件，得到触发信号。

单击Simulink中的stop按钮停止仿真，此时Stateflow又回到可编辑状态。

6 仿真过程中的调试

利用Stateflow Debugging工具来调试上图中的Controller Stateflow图表仿真，步骤如下：

在Stateflow图表编辑窗口中选择Tools->Debug菜单命令，弹出Stateflow Debugging窗口；

在Breakpoint选项组中选中Chart Switch复选框；

放好Stateflow Debugging窗口的位置，以便能够同时看到Stateflow Debugging窗口、Simulink模型窗口和Controller Stateflow图表窗口；

在Stateflow Debugging窗口中，单击Start按钮运行仿真；

单击Start按钮后，在Simulink窗口双击Manual Switch模块向Controller图表发送事件，在Stateflow Debugging窗口上端就会显示当前的信息，如Stopped、Executing、Current Event和Simulink Time等；

在Stateflow Debugging窗口中单击Step按钮，可以单步仿真；

仿真时可以利用Manual Switch和Step按钮进行调试；

当调试完成，可单击Stop Simulation按钮来结束仿真，此时模型变为可编辑状态；

在Stateflow Debugging窗口中单击Close按钮，关闭窗口。

7 Stateflow常用命令

sfnew——创建一个新的带有Stateflow模块的Simulink模型，使用“sfnew 模型名”可以直接以指定的文件名创建一个新的带有Stateflow模块的Simulink模型。

sfexit——关闭包含Stateflow的模型窗口，并关闭Stateflow编辑窗口。

sfsave——保存编辑的Stateflow模型。

sfprint——打印绘制的Stateflow模型。