MBD_入门篇_20_Simulink子系统

20.Simulink子系统

20.1 概述

Simulink的子系统，相当于代码的function函数，但是模型的子系统又不完全等效于代码的函数。虚拟子系统并不会生成函数，而是以代码块的形式放在相应的调用位置上。模型层面我们使用子系统去做模块化的设计，还是"高内聚，低耦合"的原则。也可以将常用模块封装成库，然后给公司里的其他员工直接调用。

20.2 回顾常用模块

20.2.1 Inport和Outport

输入模块Inport，输出模块Outport。

20.2.2 Subsystem

默认的Subsystem模块是一个虚拟子系统，不能设置生成代码的规则，最终是以代码块的形式放在相应的调用位置上。

20.3 AtomicSubsystem

AtomicSubsystem是原子子系统，相对于虚拟子系统，原子子系统它是可以设置一些生成代码的属性的。可以看到虚拟子系统(上面)的外框线比较细，原子子系统外框线是加粗的。

设置虚拟子系统的参数，勾选Treat as atomic unit，将虚拟子系统改变为原子子系统。改变完以后我们可以看到子系统的外框变成了加粗的状态，跟我们直接添加的原子子系统一样了。

虚拟子系统无法设置生成代码的属性。

原子子系统，可以设置生成代码的相应的选项。

设置生成代码子系统的行为，可以选择可重用和不可重用函数等，函数名和源文件的名字可以选择适合的进行设置。

其他的比如使能子系统，触发子系统，函数调用子系统等，都是原子子系统的变种，它们的基础首先是原子子系统而不是虚拟子系统。

20.4 使能子系统

EnabledSubsystem使能子系统。只有在子系统被使能的时候，子系统里面的逻辑才会被执行，输出执行后的结果。

可以在库浏览器里选择使能子系统进行添加。

使用模型中双击空白地方，搜索添加。

或者我们可以在普通的子系统里添加Enable模块，将原来的子系统变为使能子系统。

使能子系统里做一个累加的逻辑。

在使能子系统外面对子系统进行使能，赋值为true，进行使能。然后搭建输入和输出观测。

当enable连接的是true的时候，模型进行累加，一直加到21的时候，我们将true改为false，这个时候使能子系统保持上一个使能时刻的有效输出。

重新恢复为true，子系统再次开始被调用，输出新的累加值22.

设置状态值在被重新Enable的时候的行为，是保持上一次enable的值，还是reset为默认值。

当true到累加到21的时候，设置为false，后面运行的值两个子系统输出都一直是21。

重新设置为true，单步运行，可以看到，上面设置held的使能子系统，继续之前累加值进行累加，输出变成了22。下面的使能子系统设置的是Reset，重新使能以后，状态值从默认值0开始进行运算，1+0=1，所以输出1.

20.5 使能模块

Enable模块添加到子系统中，就会让子系统变成使能子系统。

设置Enable模块的States when enabling是选择held保持，还是选择reset复位。区别我们上一节视频内容已经讲过了。Reenable重新使能的时候，状态量的行为是保持还是复位。

勾选Show output port。

勾选完后Enable模块输出多了一个port。没什么使用场景。

20.6 触发子系统

使用边缘触发，可以设置上升沿或者下降沿或者双边沿触发子系统进行执行。

设置Trigger触发模块的触发类型，可以设置rising上升沿，falling下降沿，either双边沿和function-call函数调用。

输入从0跳到1的时候上升沿触发，从1跳变到2的时候以及后面的往上跳变，都没有再触发子系统执行。

States with enabling不能进行配置，默认就是held，但是使能子系统是可以进行配置的。显示输出port和使能子系统的一样，这里不再赘述。

20.7 函数调用子系统

类似于编程里面的函数，会其他模块调用，就会被执行。

使用Function-Call Generateor去生成一个函数调用，来调用我们的函数调用子系统。

注意设置Function-Call Generateor模块的Sample time，默认是1，表示1s。我们设置为-1，表示跟系统的默认步长一致。

设置为-1的执行结果

Function-Call Generateor模块的迭代次数设置为2的时候，每仿真一个步长，调用两次。

使用同一个Function-Call Generateor模块，加Demux拆分成两个函数调用，去调用子系统。

使用Stataflow去调度函数调用子系统，可以产生不同的周期调用和我们定义的顺序调用。

Stateflow逻辑，定义调用顺序，和Fcn2的20ms调用一次的逻辑。

States when enabling设置方式和使能子系统一样。Treat as Simulink Function放在后面的章节讲。

Sample time type默认使用triggered触发类型，一般使用场景选择。如果选择Periodic，就可以设置Sample time。

20.8 代码复用子系统

CodeReuseSubsystem代码复用子系统，是在AtomicSubsystem原子子系统的基础上，修改了生成代码的配置而来的。

默认的Function packaging选择的是Reusable function。

代码复用子系统和虚拟子系统，原子子系统都是可以相互转换的。

首先搭建一个简单的模型逻辑。

选中逻辑部分使用Ctrl+G封装成虚拟子系统。

鼠标右键，在弹出来的菜单中选择Create Subsystem from Selection，或者使用快捷键Ctrl+G.

封装完是下面的框线比较细的。

修改属性，变为原子子系统。

设置生成代码的属性，变为和代码复用子系统一样。这种操作在模型的逻辑打好以后，需要封装的逻辑块输入和输出比较多的时候，我们不想拖一个默认的单个输入输出的代码复用子系统进行修改，就可以直接封装为虚拟子系统后再进行修改属性。

20.9 使能和触发子系统

Enabled and Triggered Subsystem子系统，是使能子系统和触发子系统合起来的一种子系统。

使能和触发同时满足才能执行子系统的逻辑。其他的地方和单独的使能子系统还有单独的触发子系统是相同的。

选择Trigger类型为Function-call的时候，报错。不能设置使能和函数调用同时满足的子系统。

20.10 ForIteratorSubsystemFor循环子系统

For循环子系统，可以实现循环计算。

子系统里可以设置输入输出，里面还有一个For Iterator模块。

可以对它进行进行设置，控制迭代的次数。

设置开始的状态是held还是reset。

搭建模型，做一个累加的模块，执行5次运算。

仿真，第0s的时候，输出结果是累加的5.

单步执行，第0.01s的时候，输出结果变成了10，我们选择是held。

我们修改staring mode为reset，重新开始仿真，第0s也是同样的结果是5.第0.01s的时候输出结果还是5，模型里的delay的状态值被reset。

设置迭代的地方是内部还是外部，默认选择的是内部，在下面的Iteration limit(N)对话框里设置迭代次数，现在设置的是5.

选择外部模式，迭代次数由外部port输入进来。

通过子系统外部输入进去迭代次数。

将数组的维度接到迭代次数的port上。

当我们设置显示迭代变量的时候，迭代模块就会将迭代的变量输出。

修改模型，变成求迭代次数的和。

2次的时候结果是1+2=3.

1+2+3+4+5=15

通过外部设置下一次迭代的值。

Index Mode选择是从1开始还是从0开始。

设置为从0开始，模块图标发生改变，显示0:N-1.

从0开始加。0+1+2+3+4=10。

设置输出迭代变量的类型。

20.11 WhileIteratorSubsystemWhile循环子系统

While循环子系统，可以实现循环计算。

可以指定while迭代子系统的最大迭代次数，只要满足了最大迭代次数，就会退出循环，保护机制。

显示迭代次数，作为输出。迭代次数输出的数据类型。

while先判断条件，再执行动作，如果条件第一次都不满足，那循环一次也不会执行。

do-while，先执行动作，再判断条件，不管条件满不满足，动作至少都会执行一次。

两个输入port，IC可以控制整个while循环要不要执行，如果是true就会执行，如果是false，直接不执行。cond是循环过程中控制循环结束的条件，如果循环的时候，cond等于false，那循环就会结束。

20.12 If条件子系统

If Block可以设置If的条件。

需要跟If Action Subsystem一起使用。

设置If模块的输入数量。

设置If的表达式，比如u1 > 0.

Elseif的表达式，需要把所有的Elseif表达式都写在这个对话框里，用,隔开。

Elseif的表达式，与运算使用&而不是&&(c语言语法)。

再写一个Elseif表达式，中间用,隔开

设置完后多加了几个port。

显示else与否。

修改逻辑，If Action Subsystem的输出需要用merge模块组合在一起。

用switch模块去做分支的处理。

20.13 SwitchCase子系统

Switch Case可以去根据不同的输入产生不同的分支。Switch Case模块可以设置Condition的，从而产生多种分支。

设置{1,2,[3,4],[5,6,7]}，四条分支。同时勾选default，表示前面4条分支都不满足的时候，会走default分支。

模块外观改变，显示出相应的分支。

添加Switch Case Action Subsystem，修改模型，进行仿真，结果跟我们预期的是一样的。

20.14 SubsystemExample子系统

Simulink自带的子系统的一些使用例子。不用来生成代码，只是简单看看里面的例子。

添加到模型以后，双击打开就可以看到里面的例子了。

自带的几种子系统例子。

可以学习一下其中的一些例子，但是里面的例子并不是所有都适合建模生成代码的。

20.15 ModelReference

在库浏览器中，名字叫Model。它是可以引用其他现成的模型，比较适合做集成，将模块化的其他的部分交给不同的工程师开发，再用Model Reference引用到一个模型里进行集成，其他的单独模块更新后，大的模型也会自动更新，不需要我们手动再去集成，避免手动操作出错和一些重复性的劳动。

我们对Reference的模型进行仿真，是不会影响到Reference的模型的。

双击模块，选择被引用的模型。

选择相应的Model，点击打开。

可以选择几种模式，根据仿真的情况去选择。

其他两个选项保持默认就可以。点击Ok后，ModerReference模块将被引用的模型的输入输出接口显示出来。

对模型连接输入和输出，进行仿真，看到结果跟原来的模型的逻辑是一致。

20.16 SubsystemReference

在库浏览器中，名字叫Subsystem Reference。它是可以引用其他现成的子系统，它跟Model Reference是比较像的，但是它的存储内容会更少。

我们在模型中先添加一个子系统，鼠标右键点开Block Parameter，点到Subsystem Reference，点击Convert，进行转换。

保存为下面的名字。

点击Ok，完成引用。

引用后进行仿真，跟我们期望的运行一致。

保存在路径中，图标有区别。

打开Subsystem文件，工具栏跟Model不一样。

20.17 VariantSubsystem

添加Variant Subsystem模块。使用这个模块可以配置使用不同的Subsystem，假如某些功能有高中低配，我们可以使用这个模块来选择它的配置。

在工作空间定义A变量，等于1。

鼠标右键点击模块，在弹出的菜单中选择Block Parameter进行配置。

默认选择的是配置方式是表达式，在具体的配置里现在写的是true和false，执行true的子系统，不执行false。

在相应的子系统条件上添加，当A == 1的时候，执行Subsystem，否则执行Subsystem1。

可以看出来激活的是Subsystem，也就是第一个子系统。

Subsystem的逻辑是输入+1。

Subsystem1的逻辑是输入+2。

进行仿真1+1 = 2，仿真的结果是2。

将A设置为0。

然后模型中可以看到激活的是Subsystem1。

进行仿真，仿真结果是1+2等于3。

配置控制模式可以选择expression表达式，label标签和sim codegen switching仿真和代码生成切换。expression代表比如A==1，A>3这种逻辑表达式，或者是true，fasle等等。label就是比如设置两种label，A和B，选择执行哪个label就会用哪个相应的子系统。sim codegen switching是会自动选择是仿真模式还是代码生成模式，会使用不同的子系统，比如Normal仿真模式的时候，或者是SIL、HIL等模式就会使用代码生成的子系统。