Simulink 环境基础知识（二十九）--在结构体中组织相关的模块参数定义

在结构体中组织相关的模块参数定义

创建并使用参数结构体

将数据类型信息存储在字段值中

根据现有 C 代码中的结构体类型创建参数结构体

在结构体中组织相关的模块参数定义

如果在模型中使用 MATLAB® 数值变量设置模块参数值，大型模型可能会累积很多变量，从而增加模型的维护工作，导致变量名称长度增加。更好的做法是将这些参数值组织成结构体。每个结构体是一个变量，结构体中的每个字段存储一个数字参数值。可以为结构体、子结构体和字段赋予有意义的名称，以指示每个值的目的。

使用结构体可以：

减少必须维护的工作区变量数。
避免工作区变量之间发生名称冲突。

不能在同一个作用域（例如，基础工作区）中创建两个同名的变量。创建结构体时，必须为每个字段提供一个名称，但不同的结构体可以包含同名的字段。因此，可以将每个结构体和子结构体作为一个命名空间，防止同一作用域中的字段名称相互冲突或与其他变量名称冲突。
从逻辑上对模块参数值进行分组。例如，使用嵌套的结构体清楚地标识每个子系统或引用模型使用的参数值。

如果使用封装参数或模型参数将参数值传递给系统的组件，可以使用结构体以减少必须维护的封装参数或模型参数的数量。可以传递一个结构体变量，而不是传递多个变量。有关创建和操作 MATLAB 结构体的基本信息，参考结构体。有关在模型中设置模块参数值的基本信息，参考设置模块参数值。要使用结构体初始化总线信号，参考指定总线信号的初始条件。

创建并使用参数结构体

说明如何在模型中创建并使用参数结构体。示例模型f14使用基础工作区中的多个变量来设置模块参数值。例如，当打开模型时，它会在基础工作区中创建变量Zw、Mw和Mq。要将这些变量组织成一个结构体变量，请执行以下操作：

在命令提示符下，打开示例模型。
```
f14
```
在命令提示符下，创建参数结构体 myGains。通过使用目标变量的值设置字段值。
```
myGains.Zw = Zw;
myGains.Mw = Mw;
myGains.Mq = Mq;
```
在 Model Explorer 中，在 Model Hierarchy 窗格中点击 Base Workspace。在 Contents 窗格中，右键点击变量Mq并选择 Find Where Used。
在 Select a system 对话框中，点击节点 f14，然后点击 OK。当提示更新图时，点击 OK。
在 Contents 窗格中，右键点击标有 Gain1 的模块所对应的行，然后选择 Properties。Gain1 模块对话框随即打开。
将 Gain 参数的值从 Mq 更改为 myGains.Mq，然后点击 OK。
在 Contents 窗格中，右键点击 Transfer Fcn.1模块所对应的行，然后选择 Properties。
将 Denominator coefficients 参数的值从 [1,-Mq] 更改为 [1,-myGains.Mq]，然后点击 OK。
在 Model Hierarchy 窗格中，点击 Base Workspace。使用 Find Where Used 定位使用变量 Mw 和 Zw 的模块。在模块对话框中，根据下表所示替换对变量名称的引用。

变量名称替换名称

Mw myGains.Mw

Zw myGains.Zw
清除旧变量。
```
clear Zw Mw Mq
```
现在，修改后的每个模块参数使用myGains结构体的一个字段。每个结构体字段的数值等于清除的对应变量的值。可以迁移模型以使用单个参数结构体，而不是多个工作区变量。

变量名称	替换名称
`Mw`	`myGains.Mw`
`Zw`	`myGains.Zw`

将数据类型信息存储在字段值中

要使用结构体或结构体数组来组织使用非double数据类型的参数值，可以在创建结构体时显式指定数据类型。当创建结构体时，请使用类型化的表达式（如 single(15.23)）指定字段值。

myParams.Gain = single(15.23);

如果以后要更改字段值，必须记得再次显式指定类型。如果不指定类型，字段值将使用double数据类型：

myParams.Gain = 15.23;
% The field 'Gain' now uses the data type 'double' instead of 'single'.

要保留类型指定，可以使用下标赋值为字段指定新值：


% Assign value of type 'single'.
myParams.Gain = single(15.23);

% Assign new value while retaining type 'single'.
myParams.Gain(:) = 11.79;

要匹配定点数据类型，请使用fi (Fixed-Point Designer) 对象设置字段值。

通过创建参数对象来控制字段数据类型和特征

Simulink.Parameter对象允许将模块参数的值与其数据类型分离。如果使用参数对象存储结构体或结构体数组，则可以创建一个Simulink.Bus 对象作为整个结构体的数据类型。

可以使用总线对象和参数对象显式控制以下内容：

每个字段的数据类型。使用这种方法时，不需要记得使用类型化表达式或下标赋值来设置字段值。
每个字段的复/实性、维度和单位。
每个字段的最小值和最大值（如果该字段代表可调参数值）。
整个结构体的形状。结构体的形状是指字段的数量、名称和层次结构。
结构体从模型中生成的代码中的可调性。

创建一个参数结构体 myParams。

myParams = struct(...
    'SubsystemA',struct(...
        'Gain',15.23,...
        'Offset',89,...
        'Init',0.59),...
    'SubsystemB',struct(...
        'Coeffs',[5.32 7.99],...
        'Offset',57,...
        'Init1',1.76,...
        'Init2',2.76)...
);

使用函数Simulink.Bus.createObject创建代表结构体和子结构的Simulink.Bus 对象。
```
Simulink.Bus.createObject(myParams)
```
因为 myParams 包含两个唯一子结构体，所以该函数创建三个Simulink.Bus对象：一个名为slBus1，代表父结构体myParams；一个名为SubsystemA，代表子结构体SubsystemA；一个名为SubsystemB，代表子结构体 SubsystemB。
将总线对象 slBus1 重命名为 myParamsType。
```
myParamsType = slBus1;
clear slBus1
```
将结构体 myParams 存储在 Simulink.Parameter 对象中。
```
myParams = Simulink.Parameter(myParams);
```
参数对象的 Value 属性包含该结构体。
将参数对象的数据类型设置为总线对象 myParamsType。
```
myParams.DataType = 'Bus: myParamsType';
```
打开 Bus Editor 以查看总线对象。
```
buseditor
```
在 Model Hierarchy 窗格中，点击 SubsystemA 节点。在 Contents 窗格中，根据下图设置字段数据类型。
（可选）设置子结构体SubsystemB 的字段数据类型。

参数对象 myParams 存储参数结构体。该参数对象的数据类型为总线对象myParamsType。在进行仿真和代码生成之前，该参数对象会将字段值转换为在总线对象中指定的数据类型。要使用这些字段之一设置模块参数值，请指定表达式，例如 myParams.SubsystemB.Init1。

要在命令提示符下访问字段值，请使用参数对象的Value属性。因为总线对象控制字段数据类型，所以不需要使用类型化表达式来设置字段值。

myParams.Value.SubsystemA.Gain = 12.79;

总线对象会严格控制字段特征和结构体的形状。例如，如果将二元素字段myParams.SubsystemB.Coeffs的值设置为三元素数组，则当设置模块参数值时，模型将产生错误。要更改字段的维度，请修改总线对象 SubsystemB 中的元素 Coeffs。

将字段数据类型与信号数据类型匹配

假设使用字段 myParams.SubsystemA.Gain 为 Gain 模块中的Gain参数设置值。如果希望该字段的数据类型与该模块的输出信号的数据类型匹配，则不能依赖上下文相关数据类型指定。可以考虑使用 Simulink.AliasType 或 Simulink.NumericType 对象来设置字段和信号的数据类型。如果不使用数据类型对象，则每次更改信号的数据类型时，都必须记得更改字段的数据类型。

在命令提示符下创建一个 Simulink.AliasType 对象，代表数据类型 single。
```
myType = Simulink.AliasType;
myType.BaseType = 'single';
```
在 Gain 模块对话框中，在 Signal Attributes 选项卡上，将 Output data type 设置为 myType。
在命令提示符下，打开 Bus Editor。
```
buseditor
```
在 Model Hierarchy 窗格中，选择总线对象 SubsystemA。在 Contents 窗格中，将字段 Gain 的数据类型设置为 myType。

现在，Gain 模块的输出信号和结构体字段myParams.SubsystemA.Gain 都使用通过 myType 的 BaseType属性指定的数据类型。

管理结构体变量

要创建、修改和检查其值为结构体的变量，可以使用 Variable Editor。可以参考已交互式方式修改结构体和数组变量。

通过创建嵌套结构体定义参数层次结构

要进一步组织模块参数值，可以创建一个嵌套的结构体层次结构。例如，假设在模型中创建了名为 SubsystemA 和SubsystemB的子系统。使用变量（例如 Offset_SubsystemA 和 Offset_SubsystemB）设置子系统中的模块参数值。

Gain_SubsystemA = 15.23;
Offset_SubsystemA = 89;
Init_SubsystemA = 0.59;

Coeffs_SubsystemB = [5.32 7.99];
Offset_SubsystemB = 57;
Init1_SubsystemB = 1.76;
Init2_SubsystemB = 2.76;

创建一个参数结构体，其中每个子系统对应一个子结构体。使用现有变量的值设置字段值。

myParams = struct(...
    'SubsystemA',struct(...
        'Gain',Gain_SubsystemA,...
        'Offset',Offset_SubsystemA,...
        'Init',Init_SubsystemA),...
    'SubsystemB',struct(...
        'Coeffs',Coeffs_SubsystemB,...
        'Offset',Offset_SubsystemB,...
        'Init1',Init1_SubsystemB,...
        'Init2',Init2_SubsystemB)...
);

一个结构体变量myParams就包含了子系统中模块的所有参数信息。因为每个子结构体相当于一个命名空间，所以您可以多次定义Offset字段。要使用子结构体SubsystemB中的Offset字段作为模块参数的值，请在模块对话框中以表达式 myParams.SubsystemB.Offset的形式指定该参数值。

将多个参数结构体组成一个数组

要组织具有类似特征的参数结构体，您可以创建一个值为结构体数组的变量。这种方式有助于您参数化包含一种算法的多个实例的模型，例如使用模型参数的库子系统或引用模型。假设在模型中创建两个相同的子系统。

假设每个子系统中的模块需要三个数值来设置参数值。为这两个结构体创建一个数组以存储这些值。

myParams(1).Gain = 15.23;
myParams(1).Offset = 89;
myParams(1).Init = 0.59;

myParams(2).Gain = 11.93;
myParams(2).Offset = 57;
myParams(2).Init = 2.76;

该数组中的每个结构体存储一个子系统的三个参数值。要设置其中一个子系统中的模块参数值，请指定一个表达式，引用该数组中一个结构体的一个字段。例如，使用表达式 myParams(2).Init。

组织可重用组件和迭代算法的参数值

还可以在 For Each Subsystem 模块中对结构体数组进行分区。当一个模型重复执行某算法（例如，对某个向量信号迭代执行该算法）时，使用这种方法有助于您组织工作区变量。如果使用模型实参为引用模型的多个实例指定不同的参数值，则可以使用结构体数组来组织模型实参值。在引用模型工作区中，创建一个结构体变量并将模型配置为使用该结构体作为模型参数。使用结构体的字段设置模型中的模块参数值。然后，在基础工作区或父模型所链接到的数据字典中创建一个结构体数组。在父模型中，使用该数组中的每个结构体作为一个 Model 模块中的模型参数的值。该数组中的每个结构体存储引用模型的一个实例的参数值。

示例模型sldemo_mdlref_datamngt包含封装的引用模型sldemo_mdlref_counter_datamngt的三个实例（封装的 Model 模块）。基础工作区变量IC1、IC2、Param1 和 Param2 是值为结构体的Simulink.Parameter对象。父模型使用这些变量设置Model模块上的封装参数值。由于 IC1 与 IC2、Param1 与Param2在结构上相同，所以可以将这四个结构体组合成两个结构体数组。

打开父模型示例。
```
sldemo_mdlref_datamngt
```
该模型在基础工作区中创建四个 Simulink.Parameter 对象。
打开示例引用模型。
```
sldemo_mdlref_counter_datamngt
```
模型工作区定义两个值为结构体的模型参数CounterICs 和CounterParams。模型中的模块使用这些结构体的字段设置参数值。
在模型sldemo_mdlref_datamngt中，打开Model Data Editor（在 Modeling 选项卡上，点击 Model Data Editor）。在 Model Data Editor中，检查Parameters 选项卡。
在模型中，点击其中一个 Model 模块。

Model Data Editor 突出显示与所选 Model 模块上两个封装参数对应的行。该模块使用封装参数来设置由引用模型 sldemo_mdlref_counter_datamngt 定义的两个模型参数的值。每个 Model 模块使用基础工作区中四个参数对象的不同组合来设置参数值。
在 Model Data Editor 的 Value 列中，点击其中一个单元格开始编辑相应的封装参数（例如 IC1）的值。在参数值的旁边，点击操作按钮，然后选择 Open。将打开该参数对象的属性对话框。
在属性对话框中，在 Value 框的旁边，点击操作按钮，然后选择 Open Variable Editor。

Variable Editor 显示参数对象存储一个结构体。Param2和IC2中的结构体与 Param1 和 IC1 中的结构体具有相同的字段，但字段值不同。

在命令提示符下，将这四个参数对象组合成两个值为结构体数组的参数对象。

% Create a new parameter object by copying Param1.
Param = Param1.copy;

% Use the structure in Param2 as the second structure in the new object.
Param.Value(2) = Param2.Value;
% The value of Param is now an array of two structures.

% Delete the old objects Param1 and Param2.
clear Param1 Param2

% Create a new parameter object by copying IC1.
% Use the structure in IC2 as the second structure in the new object.
IC = IC1.copy;
IC.Value(2) = IC2.Value;
clear IC1 IC2

在父模型中，在 Model Data Editor 中，使用 Value 列根据表替换封装参数的值

旧值	新值
`Param1`	`Param(1)`
`IC1`	`IC(1)`
`Param2`	`Param(2)`
`IC2`	`IC(2)`

每个 Model 模块使用数组 IC 中的一个结构体来设置模型参数 CounterICs 的值。类似地，每个模块使用 Param 中的一个结构体来设置 CounterParams 的值。

强制结构体数组中的一致性

一个结构体数组中的所有结构体都必须具有相同的字段层次结构。层次结构中的每个字段必须在整个数组中具有相同的特征。可以使用参数对象和总线对象来强制结构体之间保持这种一致性。

要使用参数对象来表示参数结构体数组，请将对象的值设置为结构体数组：

% Create array of structures.
myParams(1).Gain = 15.23;
myParams(1).Offset = 89;
myParams(1).Init = 0.59;
myParams(2).Gain = 11.93;
myParams(2).Offset = 57;
myParams(2).Init = 2.76;

% Create bus object.
Simulink.Bus.createObject(myParams);
myParamsType = slBus1;
clear slBus1

% Create parameter object and set data type.
myParams = Simulink.Parameter(myParams);
myParams.DataType = 'Bus: myParamsType';

要使用这些字段之一设置模块参数值，请指定表达式，例如myParams(2).Offset。要在命令提示符下访问字段值，请使用参数对象的Value属性。

myParams.Value(2).Offset = 129;

创建常量值信号结构体

可以使用结构体在 Constant 模块中创建一个能够传输多个数值常量的总线信号。参考Constant。有关总线信号的信息，参考虚拟总线。

迁移到参数结构体之前的注意事项

迁移模型以使用参数结构体之前，需要找出目标模型和其他模型中使用要替换的变量的所有模块。

例如，假设一个模型中有两个模块使用工作区变量 myVar。如果创建具有 myVar 字段的结构体 myParams，并且只将其中一个模块的参数值设置为 myParams.myVar，另一个模块继续使用变量 myVar。如果删除 myVar，模型会生成错误，因为另一个模块还需要这个删除的变量。

要找出使用某个变量的所有模块，请执行以下操作：
1. 打开可能使用该变量的所有模型。如果这些模型在一个模型引用层次结构中，您可以只打开顶层模型。
2. 在 Model Data Editor 或 Model Explorer 的 Contents 窗格中，右键点击该变量并选择 Find Where Used。Model Explorer 将显示使用该变量的所有模块。
只能在打开的模型中查看是否使用了该变量。在迁移到参数结构体之前，请打开可能使用目标变量的所有模型。有关如何确定模型中是否使用某个变量的详细信息，参考查找使用特定变量的模块。也可以避免删除 myVar。但是，如果更改 myParams.myVar 结构体字段的值，还必须记得更改myVar的值以保持匹配。
可以将多个单独的变量或参数对象（例如 Simulink.Parameter）组合成一个结构体，存储在单个变量或参数对象中。但是，生成的变量或对象作为一个实体存在。因此，不能为该结构体中的各个字段应用不同的代码生成设置（如存储类）。

将现有参数对象组合成一个结构体

当使用参数对象设置模块参数值时（例如，为了应用存储类），要将这些对象组合成一个结构体，请执行以下操作：

创建一个 MATLAB 结构体并将其存储在某个变量中。要设置字段值，请使用每个现有参数对象存储的参数值。
将该变量转换为参数对象。创建一个 Simulink.Bus 对象并将其作为参数对象的数据类型。
选择要对生成的参数对象应用的存储类。只能选择一个存储类，它将应用于整个结构体。
将参数元数据（例如，现有参数对象的 Min 和 Max 属性）传输给总线对象中 Simulink.BusElement对象的对应属性。

例如，假设有三个单独的参数对象。

coeff = Simulink.Parameter(17.5);
coeff.Min = 14.33;
coeff.DataType = 'single';
coeff.StorageClass = 'ExportedGlobal';

init = Simulink.Parameter(0.00938);
init.Min = -0.005;
init.Max = 0.103;
init.DataType = 'single';
init.StorageClass = 'Model default';

offset = Simulink.Parameter(199);
offset.DataType = 'uint8';
offset.StorageClass = 'ExportedGlobal';

创建结构体变量。

myParams.coeff = coeff.Value;
myParams.init = init.Value;
myParams.offset = offset.Value;

将该变量转换为参数对象。

myParams = Simulink.Parameter(myParams);

创建一个总线对象并将其作为参数对象的数据类型。

Simulink.Bus.createObject(myParams.Value);
paramsDT = copy(slBus1);

myParams.DataType = 'Bus: paramsDT';

将元数据从旧参数对象传输给总线对象中的总线元素。
```
% coeff
paramsDT.Elements(1).Min = coeff.Min;
paramsDT.Elements(1).DataType = coeff.DataType;

% init
paramsDT.Elements(2).Min = init.Min;
paramsDT.Elements(2).Max = init.Max;
paramsDT.Elements(2).DataType = init.DataType;

% offset
paramsDT.Elements(3).DataType = offset.DataType;
```
为了帮助编写执行此传输操作的脚本，可以使用properties函数查找总线元素和旧参数对象都具有的公共属性。要列出结构体字段以便对它们进行迭代，请使用fieldnames函数。
将存储类应用于参数对象。

myParams.StorageClass = 'ExportedGlobal';

现在，可以使用 myParams（而不是旧参数对象）的字段来设置模块参数值。

生成的代码中的参数结构体

可以配置参数结构体，使其以结构体和结构体数组的形式出现在生成的代码中。

有关参数结构体的限制

用于设置模块参数的字段值必须为数值或枚举类型。字段的值可以为实数或复数标量、向量或多维数组。
如果一个结构体的任何字段的值是多维数组，则不能在仿真过程中调整任何字段的值。
一个结构体数组中的所有结构体都必须具有相同的字段层次结构。层次结构中的每个字段必须在整个数组中具有相同的特征：
- 字段名称
- 数值数据类型，如 single 或 int32。
- Complexity
- Dimensions
假设定义一个数组，其中包含两个结构体。
```
paramStructArray = ...
[struct('sensor1',int16(7),'sensor2',single(9.23)) ...
 struct('sensor1',int32(9),'sensor2',single(11.71))];
```
不能在模块参数中使用任何这些字段，因为字段sensor1在每个结构体中使用不同的数据类型。
参数结构体不支持在生成的代码中根据上下文确定数据类型。如果代码中的参数结构体可调，则该结构体的字段使用通过类型化表达式或Simulink.Bus对象指定的数值数据类型。如果不使用类型化表达式或Simulink.Bus对象，该结构体的字段将使用double数据类型。

为查找表打包共享断点和表数据

当在查找表模块之间共享数据时，请考虑使用Simulink.LookupTable和Simulink.Breakpoint对象来存储数据和对数据进行分组，而不是使用结构体。这种方法通过清楚地将数据标识为查找表的一部分，并将断点数据与表数据显式关联，从而提高了模型的可读性。

根据现有 C 代码中的结构体类型创建参数结构体

可以创建符合现有C代码定义的struct类型定义的参数结构体。使用此方法可以：

将现有 C 代码替换为 Simulink® 模型。
集成现有 C 代码以便在 Simulink 中进行仿真（例如，通过使用 Legacy Code Tool）。
生成可与现有 C 代码一起编译成一个应用程序的 C 代码 (Simulink Coder™)。

在 MATLAB 中，可将参数结构体存储在参数对象中，并使用总线对象作为数据类型（参考通过创建参数对象来控制字段数据类型和特征）。要根据C代码struct类型创建总线对象，可以使用Simulink.importExternalCTypes函数。