Stateflow使用方法實用教案

1、會計學1Stateflow使用使用(shyng)方法方法第一頁，共58頁。Stateflow的基本的基本(jbn)簡介：簡介：uStatefolw 是一種圖形化的設計開發(fā)工具，是有限狀態(tài)機的圖u 形實現(xiàn)工具，也稱之為狀態(tài)流。u主要用于simulink 中控制(kngzh)和檢測邏輯關系。u使用這種圖形化的工具可以實現(xiàn)各個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，解決復u 雜的監(jiān)控邏輯問題。u它和Simulink 同時使用使得Simulink 更具有事件驅(qū)動控制(kngzh)能力。第1頁/共57頁第二頁，共58頁。有限有限(yuxin)狀態(tài)機簡介：狀態(tài)機簡介： Stateflow 的仿真(fn zhn)原理是有限狀態(tài)機（

2、finite state machine，簡稱FSM）理論。 所謂有限狀態(tài)機是指系統(tǒng)中存在可數(shù)的狀態(tài)，在某些事件發(fā)生時，系統(tǒng)從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換成另一個狀態(tài)，故又稱為事件驅(qū)動的系統(tǒng)。 在有限狀態(tài)機的描述中，可以設計出由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換至另一種狀態(tài)的條件，并將每對可轉(zhuǎn)換的狀態(tài)均設計出狀態(tài)遷移的事件，從而構(gòu)造出狀態(tài)遷移圖。第2頁/共57頁第三頁，共58頁。有限有限(yuxin)狀態(tài)機示意圖：狀態(tài)機示意圖：Stateflow允許用戶：（1）建立有限的狀態(tài)。（2）用圖形的形式繪制出狀態(tài) 遷移的條件。（3）使用規(guī)定的命令設計(shj)狀 態(tài)遷移執(zhí)行的任務。 完成以上操作即構(gòu)造出整 個有限狀態(tài)機系統(tǒng)。注：State

3、flow 模型一般是嵌在Simulink 模型下運行的，Stateflow 是由事件驅(qū)動的，這些事件可以(ky)來自某一個Stateflow 圖中，也可以(ky)來自Simulink。第3頁/共57頁第四頁，共58頁。 在MATLAB窗口(chungku)中點開Simulink,在Simulink的library中點開Stateflow,將chart拖入一個新建的文件中，結(jié)果如下圖所示。第4頁/共57頁第五頁，共58頁。 雙 擊 untitled* 窗口中的Stateflow 模塊打開如圖下圖 所示的Stateflow 編輯界面，用戶可以在此窗口中編輯所需的Stateflow 模型(mxng)

4、。Stateflow 提供了強大的圖形編輯功能，用戶可以使用它描述很復雜的邏輯關系式。1.狀態(tài)(zhungti)工具2.歷史(lsh)交匯工具3.缺省狀態(tài)遷移工具4.交匯連接工具5.真值表6.圖形函數(shù)工具7.內(nèi)嵌Matlab函數(shù)8.模型整理工具10放大縮小工具9.函數(shù)調(diào)用第5頁/共57頁第六頁，共58頁。 在Stateflow 編輯界面中點擊鼠標右鍵，可以看到下圖（a）所示的快捷菜單(ci dn)，選擇其中的Properties（屬性）菜單(ci dn)，可以打開圖（b）所示的對話框，用戶可以在此對話框中設置整個Stateflow 模型的屬性。第6頁/共57頁第七頁，共58頁。 用戶可以(ky

5、)利用Stateflow 編輯界面左側(cè)的編輯工具繪制Stateflow圖形，下面介紹常用的編輯工具。1.狀態(tài)(zhungti)工具2.歷史交匯(jio hu)工具3.缺省狀態(tài)遷移工具4.交匯連接工具5.真值表6.圖形函數(shù)工具7.內(nèi)嵌Matlab函數(shù)8.模型整理工具10放大縮小工具9.函數(shù)調(diào)用第7頁/共57頁第八頁，共58頁。狀態(tài)狀態(tài)(zhungti)工具工具 系統(tǒng)的狀態(tài)是指系統(tǒng)運行的模態(tài)。在Stateflow 下，狀態(tài)有兩種行為：活動的（active）和非活動的（inactive）。 單擊狀態(tài)工具按鈕并拖動到編輯界面的空白處，即可繪制出一個狀態(tài)的示意模塊。我們可以在該模塊右上角的問號位置(wi

6、 zhi)填寫狀態(tài)的名稱及動作描述。entry為一種狀態(tài)動作。右圖中狀態(tài)的動作描述為：entry：speed = 1，將speed 的值賦為1。 使用CtrlC 和CtrlV 或使用edit菜單下的復制(fzh)及粘貼命令，即可再復制(fzh)一個同樣的模塊。第8頁/共57頁第九頁，共58頁。（2）右擊建立的狀態(tài)圖標，并選擇快捷菜單中的Properties 菜 單項，可打開如下圖所示的設置狀態(tài)屬性的對話框?？梢?在Label 欄填寫狀態(tài)的名稱(mngchng)和動作描述。狀態(tài)狀態(tài)(zhungti)名稱與動作的描述：名稱與動作的描述：（1）雙擊已拖出的狀態(tài)模塊右上角的問號，可在該位置(wi zh

7、i)填寫狀態(tài) 的名稱及動作描述。狀態(tài)模塊的名稱狀態(tài)屬性設置對話框在Label 欄填寫狀態(tài)的名稱和動作描述。選擇狀態(tài)動作第9頁/共57頁第十頁，共58頁。狀態(tài)遷移狀態(tài)遷移(qiny)關系設置：關系設置： 把鼠標放在一個狀態(tài)(zhungti)塊的邊界，當出現(xiàn)十字光標時按下鼠標鍵并拖動至另一個狀態(tài)(zhungti)的邊界釋放，可以繪制出從一個狀態(tài)(zhungti)到另一個狀態(tài)(zhungti)的連線。單擊此連線，在該連線上會出現(xiàn)一個問號，我們可以在該問號處添加狀態(tài)(zhungti)遷移標記。第10頁/共57頁第十一頁，共58頁。 狀態(tài)遷移標記可以含有(hn yu)觸發(fā)事件、遷移條件、條件動作及遷移動

8、作，或他們中的任意組合。 狀態(tài)遷移標記的一般形式(xngsh)是： 觸發(fā)事件遷移條件關系式條件動作/遷移動作觸發(fā)事件：表示只要遷移關系式是真，該觸發(fā)事件可以引發(fā)狀態(tài)的遷移。 缺省觸發(fā)事件時，任何事件均可在條件關系式為真的情況下引 引發(fā)狀態(tài)的遷移。遷移條件關系式：寫在方括號中，該關系式為真時，觸發(fā)事件可以引發(fā)狀 態(tài)的遷移。條件動作：是指當遷移條件關系式一旦成立（即為真），就執(zhí)行的動作， 通常發(fā)生(fshng)在遷移終點被確定有效之前。如果沒有規(guī)定遷移條件 關系式，則認為條件關系式為真，即刻執(zhí)行條件動作。條件動 作必須寫在花括號中。遷移動作：是指當遷移終點已經(jīng)確定有效，才執(zhí)行的動作。如果遷移包含

9、很多階段，遷移動作只有在整個遷移通道到終點確認為有效后 方可執(zhí)行。遷移動作寫在斜線/之后。第11頁/共57頁第十二頁，共58頁。狀態(tài)遷移標記的一般(ybn)形式舉例 上圖表明只要當條件關系式off_count=0 為真時，發(fā)生的事件off_switch 才可引發(fā)狀態(tài)On至狀態(tài)Off 的遷移發(fā)狀態(tài)遷移。只要遷移條件off_count=0為真，即可執(zhí)行條件動作off_count+；當條件off_count=0為真，發(fā)生了off_switch 事件，遷移終點狀態(tài)Off 確認為有效(yuxio)，此時執(zhí)行遷移動作LED_off條件(tiojin)動作遷移關系表達式觸發(fā)事件遷移動作第12頁/共57頁第十

10、三頁，共58頁。 ss3.第13頁/共57頁第十四頁，共58頁。 缺省狀態(tài)轉(zhuǎn)移設置的作用是告訴Stateflow圖形，當它開始工作時，哪個狀態(tài)先處激活狀態(tài)。點擊Stateflow 圖形編界面中的 圖標，然后(rnhu)將鼠標移動到要設置為初始狀態(tài)的狀態(tài)即可。如圖：第14頁/共57頁第十五頁，共58頁。4.第15頁/共57頁第十六頁，共58頁。 前面為狀態(tài)遷移規(guī)定了遷移觸發(fā)事件的名稱，也就是說狀態(tài)的遷移僅在這些(zhxi)事件發(fā)生的時候才開始。為了利用這些(zhxi)事件觸發(fā)，我們必須先定義這些(zhxi)事件。下面以下圖為例，講解如何定義on_ switch 和off_switch 事件。第1

11、6頁/共57頁第十七頁，共58頁。 從stateflow 編輯(binj)界面的add 菜單選擇 Event，并在隨后彈出的下拉菜單下選擇 Input from Simulink ，打開事件對話框，見圖。 將事件對話框中的 Name 改為(i wi)off_switch/on_switch，trigger 選擇為Falling （即下降沿觸發(fā)）/Rising（即上升沿觸發(fā)），點擊 OK 保存off_switch 事件的設置。第17頁/共57頁第十八頁，共58頁。 事件的范圍（Scope）有三種選擇：Local 是指利用本 Stateflow 圖形界面產(chǎn)生的觸發(fā)事件； Input from Si

12、mulink 是指從 Simulink 模型引入事件至 Stateflow 圖形界面；Output to Simulink 是指將Stateflow 圖形界面產(chǎn)生的事件輸出到Simulink 模型中。 事件的觸發(fā)方式（Trigger）有四種選擇：Either、Rising、Falling 和 Function Call 。其中選擇Rising 或Falling 分別指利用事件的上升(shngshng)沿或下降沿觸發(fā)；Either 是指不管上升(shngshng)沿還是下降沿事件均可以觸發(fā)；Function Call 是一種函數(shù)調(diào)用的觸發(fā)方式。 第18頁/共57頁第十九頁，共58頁。 前面我們還

13、為狀態(tài)設置了動作，如狀態(tài) On的動作描述(mio sh)為 entry：speed = 1 ，是希望在狀態(tài) On激活時將speed 的值賦為 1 ，這個數(shù)據(jù)是要在 Simulink 模型中使用的，所以要將數(shù)據(jù)傳遞到Simulink 模型中。在能夠被利用之前，這個數(shù)據(jù)必須先定義。第19頁/共57頁第二十頁，共58頁。 從stateflow 編輯界面的add 菜單選擇 Data ，并在隨后彈出的下拉菜單下選擇 Output to Simulink ，打開數(shù)據(jù)對話框，如圖； 將數(shù)據(jù)名Name改為(i wi)speed，點擊OK保存設置即可。第20頁/共57頁第二十一頁，共58頁。 常用設置： 數(shù)據(jù)范

14、圍（Scope）可以設置為Local（局部數(shù)據(jù)）、Input（從Simulink 模型中輸入數(shù)據(jù)）、Output（向 Simulink 模型輸出數(shù)據(jù)）、 Constant（常數(shù)）、parameter（變量(binling)）和Data store memory（存儲的數(shù)據(jù)）六種形式。 數(shù)據(jù)的類型（Type）可以是Double（雙精度）、Single （單精度）、Int32（整數(shù)）及 Boolean（布爾數(shù)）等，也可以設置為 Inherited ，即繼承原來的設置。第21頁/共57頁第二十二頁，共58頁。另一種定義事件和數(shù)據(jù)的方式：在Stateflow 編輯界面中，選擇Tools菜單中的Expl

15、ore，將會打開(d ki)模型管理器 Model Explorer。如圖：第22頁/共57頁第二十三頁，共58頁。2021-10-31第 24 頁點擊(din j)該處添加事件點擊該處添加(tin ji)數(shù)據(jù)第23頁/共57頁第二十四頁，共58頁。 ljm 第24頁/共57頁第二十五頁，共58頁。使用Stateflow編輯界面中的交匯連接工具可以產(chǎn)生(chnshng)交匯連接點。該工具主要用于處理狀態(tài)遷移過程中的遷移信號的分離和匯合。第25頁/共57頁第二十六頁，共58頁。簡單的使用(shyng)了交匯連接工具的實例：第26頁/共57頁第二十七頁，共58頁。第27頁/共57頁第二十八頁，共5

16、8頁。第28頁/共57頁第二十九頁，共58頁。事實上，交匯連接工具的合理使用可以完成非常復雜的邏輯關系：例如(lr)實現(xiàn)如下if_then 判斷功能if Cond1 Action1if Cond2 Action2elseif Cond3Action3第29頁/共57頁第三十頁，共58頁。還可實現(xiàn)(shxin)For 循環(huán)功能：第30頁/共57頁第三十一頁，共58頁。6、圖形(txng)函數(shù)的設置及其調(diào)用第31頁/共57頁第三十二頁，共58頁。前面例子中的Stateflow 圖中多次利用了條件關系式temp=120。對于這種多次使用的關系式，我們可以設置一個圖形函數(shù)Function，使用時調(diào)用這

17、個函數(shù)即可。狀態(tài)流的圖形函數(shù)是使用交匯連接工具和狀態(tài)遷移工具繪制的狀態(tài)流圖形。用戶可以建立一個圖形函數(shù)，在里面加入流程圖，然后在狀態(tài)的動作和遷移過程(guchng)中反復調(diào)用。因為調(diào)用函數(shù)時，函數(shù)必須執(zhí)行完全，所以圖形函數(shù)中不能含有狀態(tài)。一個最小的圖形函數(shù)至少要包含一個缺省狀態(tài)遷移和一個終止的交匯連接工具。第32頁/共57頁第三十三頁，共58頁。要在一個 Stateflow 圖添加一個圖形函數(shù)Function，只需點擊Stateflow 圖中的圖形函數(shù)工具 ，移動鼠標至Stateflow 圖中的適當位置，再點擊一下鼠標左鍵即可。在圖形函數(shù)function 后寫入函數(shù)的返回變量及函數(shù)名格式為：返

18、回形參函數(shù)名（形參）；回車后即可建立該圖形函數(shù)。一旦(ydn)建立了圖形函數(shù)，用戶可以在狀態(tài)流的狀態(tài)動作和狀態(tài)遷移中反復調(diào)用它，調(diào)用的格式與函數(shù)的格式完全相同，只是需要將形參換成實際的參數(shù)變量。第33頁/共57頁第三十四頁，共58頁。這兩個(lin )工具必須有！第34頁/共57頁第三十五頁，共58頁。2021-10-31第 36 頁7、多層狀態(tài)(zhungti)的嵌套第35頁/共57頁第三十六頁，共58頁。繼續(xù)上面的例子：當系統(tǒng)開始處于(chy)休眠狀態(tài)時，狀態(tài)Off 激活時，狀態(tài)High 和Low 實際上均需要On_switch事件激活，這樣我們可以利用一個狀態(tài)來包含這兩個狀態(tài)，這樣可以使

19、Stateflow 圖更簡單明了。下面說明如何進行多層狀態(tài)的設計以及多層狀態(tài)在仿真時如何進行狀態(tài)遷移的。第36頁/共57頁第三十七頁，共58頁。第37頁/共57頁第三十八頁，共58頁。第38頁/共57頁第三十九頁，共58頁。可以將上層狀態(tài)包含的狀態(tài)遷移(qiny)圖設置成子圖的形式。用戶只需在上層狀態(tài)On 內(nèi)的任意點點擊鼠標右鍵，在出現(xiàn)的下拉菜單中選擇Make Contents 中的Subchart 即可。Make Contents 中的Subchart 具有復選功能，再選它時，上層狀態(tài)又變回非子圖形式了。第39頁/共57頁第四十頁，共58頁。雙擊打開(d ki)子圖第40頁/共57頁第四十一

20、頁，共58頁。 ss8.第41頁/共57頁第四十二頁，共58頁。功能：Stateflow 圖進入上層狀態(tài)時，缺省狀態(tài)遷移線連接的子狀態(tài)首先被激活。但在有些(yuxi)情況下，希望在進入上層狀態(tài)時首先激活前一次運行時最后激活的那個子狀態(tài)。這樣的要求可以通過在上層狀態(tài)中引入歷史交匯工具完成。使用方法：點擊Stateflow 圖左側(cè)的歷史交匯工具圖標 ，然后將鼠標移至上層狀態(tài)中的任意位置，再點擊鼠標即添加了一個歷史交匯工具。如圖：第42頁/共57頁第四十三頁，共58頁。第43頁/共57頁第四十四頁，共58頁。M文件(wnjin)圖標第44頁/共57頁第四十五頁，共58頁。第45頁/共57頁第四十六頁

21、，共58頁。Condition(條件(tiojin)列中的每個條件(tiojin)先要判斷是真（T）或 假（F），對于上表，就是判斷x1，y1，z1 是否成立。每個條件(tiojin)可以如上表標記為T、F 或-(即不 論T 或F)第46頁/共57頁第四十七頁，共58頁。第47頁/共57頁第四十八頁，共58頁。真值表圖標第48頁/共57頁第四十九頁，共58頁。第49頁/共57頁第五十頁，共58頁。用用Box工具整理工具整理(zhngl)狀態(tài)流程圖狀態(tài)流程圖Boxes 能夠很方便地用來(yn li)整理Stateflow 圖。yy第50頁/共57頁第五十一頁，共58頁。Box的創(chuàng)建的創(chuàng)建(chungjin)方法：方法：（1）利用 Stateflow 編輯界面左邊的Box 工具 。 點擊圖標 ，將鼠標移至Stateflow 編輯界面的適當位置，再點擊鼠標，即可創(chuàng)建一個Box 對象，在Box 的問號(wnho)處寫入該Box 的名稱。（2）可以先建立一個狀態(tài)(zhungti)，將該狀態(tài)(zhungti)轉(zhuǎn)換為Box。 右擊創(chuàng)建好的狀態(tài)(zhungti)，在彈出的下拉菜單中選擇TypeBox 即可創(chuàng)建一個Box 對象。 創(chuàng)建好 Box 工具后，用戶可以在此Box 工具中創(chuàng)建其他的對象以完成一定的邏輯判斷功能。第51頁