基于S-Function的PMSM仿真建模优化方案

S-Function是MATLAB系统函数（System Function）的简称，是指采用非图形化的方式（即计算机语言，区别于SIMULINK的系统模块）描述的一个功能块。用户可以采用MATLAB代码、C、C++、FORTRAM或Ada等语言编写S函数。S函数由一种特定的语法构成，用来描述并实现连续系统、离散系统以及混合系统等动态系统；S函数能够接受来自SIMULINK求解器的相关信息，并对求解器发出的命令做出适当的响应，这种交互作用非常类似于SIMULINK系统模块与求解器的交互作用。

S函数作为MATLAB与其他语言相结合的接口，可以使用各种编程语言提供的强大能力。例如，MATLAB语言编写的S函数可以充分利用MATLAB提供的丰富资源，方便地调用各种工具箱函数和图形函数；使用C语言编写的S函数可以方便地实现对操作系统的访问，如实现与其他进程的通信和同步等。

S函数模块位于SIMULINK模块库的用户自定义函数（User-Defined Functions）子库下，使用S函数可以方便地构建SIMULINK模型。

采用S-Function函数模块来实现PMSM的仿真建模，与前一种方法的区别仅仅是在图4-3b中的PMSMnons子系统的内部结构，如图4-18所示。其中的S函数模块中使用了PMSMdq.m的S函数，双击图中的s函数模块，出现图4-19所示的参数设置对话框，里面除了对S函数的函数源文件进行设置，还需要以数组形式设置S函数使用的参数：[L R psi f IFP（3）IFP（1）IFP（2）]，[id0，iq0，wr0，theta0]。

图4-18 S函数对PMSM建模的内部结构图

图4-19 S函数参数设置对话框

为使用方便，把图4-18的模型建成子系统，同时为方便输入电动机的各项参数，使用封装子系统（Mask Subsystem）功能建立接口变量，如图4-20所示。封装后的子系统被鼠标左键双击后会提供电动机参数输入的对话框，如图4-21所示。

图4-20 封装图4-18的参数对话框

图4-21 电动机参数输入对话框

SIMULINK在每个时间步（time step）内会多次调用S函数，每次调用时通过传入标志（flag）参数通知S函数分别进行模块初始化、变量输出和状态变量的更新等任务。从附录C的程序中可以看出模型主要使用了标志（flag）：0、1、3。当flag为0时，S函数执行初始化部分；当flag为1时，S函数计算连续状态变量的微分值；当flag为3时，S函数执行程序的输出部分。(www.xing528.com)

由于PMSM模型包含4个一阶微分方程，可以选择i_d、i_q、ω、θ4个变量为状态变量，S函数内容详见附录C。该函数的输入依次为：

t：时间；

x：状态变量；

u：输出；

flag：标志变量；

parameters：电动机的参数，与图4-19中的参数设置对话框相对应；

x0_in：状态变量初始设定值，如图4-19所示。

函数的输出依次为：

sys：系统变量，同一时间步中，在不同标志（flag）下的sys含义不同；

x0：状态变量初始值；

str：SIMULINK保留位置，默认设置为空；

ts：S函数的采样时间（Sample Time），用于离散系统。

上述S函数的PMSM数学模型是建立在dq旋转坐标系中的，因此输入的电压也必须是旋转坐标系的变量，使用到的变换矩阵同图4-4。