Simulink Ststeflow教程 — 1 Stateflow概述

几度春风里

已于 2025-02-16 11:33:18 修改

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分类专栏： Simulink Ststeflow教程文章标签： Stateflow Sinmulink

于 2025-02-16 11:12:36 首次发布

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1.1 Stateflow简介

Stateflow 作为集成于 Simulink 的图形化设计与开发工具，主要针对控制系统里的复杂控制逻辑展开建模与仿真工作，尤其适用于对事件响应系统（Reactive System）进行建模与仿真。

事件响应系统对应的是动态变换系统（Dynamic Transformational System）。动态变换系统一般能够通过数学表达式、方程等构建的输入 / 输出关系加以描述，对于此类系统，运用 Simulink 进行建模最为便捷。而事件响应系统通常借助自然语言或逻辑表达式来描述，这种情况下就需要 Stateflow 来实现建模。Stateflow 凭借其可视化模型与直观的仿真能力，可清晰、简洁地展现复杂动态逻辑关系。Stateflow 以有限状态机理论为基础，通过创建状态图、流程图，对事件驱动系统实施建模与仿真。

事件驱动系统广泛存在于诸多领域，像电话系统、汽车控制系统、通信网络、计算机操作系统、航空电子系统以及人机交互界面等都有其身影。基于此，Stateflow 具备以下主要功能：

控制对象建模：Stateflow 的核心用途之一是协同 Simulink 对控制系统进行建模与仿真。例如在对汽车发动机建模时，需对发动机风冷系统建模，此时可利用 Stateflow 构建发动机温度监控模型，模拟激活风扇、水泵等制冷设备的动态流程。
状态逻辑切换：在对复杂逻辑系统建模时，常需建立各子系统间的关联关系。以 Simulink 创建复杂逻辑控制 / 切换模型为例，可运用 Stateflow 实现其中的逻辑控制与约束，依据系统运行仿真过程中生成的各类数据，在不同工况间切换，模拟实际工作情形。
复杂逻辑的可视化开发：Stateflow 支持可视化编程，可针对复杂逻辑，如 If-Else 结构、循环结构等开展可视化开发工作。
嵌入式系统应用：在航空电子设备、车辆设备、电信设备（如路由算法）、通信系统（如计算机外设）以及可编程逻辑控制器（PLC）等嵌入式系统领域有广泛应用。
人机界面（MMI）：主要应用于图形化用户界面（GUI）方面。

Stateflow 对象分为图形对象和非图形对象两类：

图形对象：涵盖状态、历史节点、迁移、默认迁移、连接节点、真值表、图形函数、Embedded Matlab 函数、盒函数、Simulink 函数。
非图形对象：包含事件、数据、目标。

Stateflow 状态机采用基于容器的层次结构来管理 Stateflow 对象。也就是说，一个 Stateflow 对象能够容纳其他 Stateflow 对象。其中，最高层级的对象是 Stateflow 状态机，它囊括了所有的 Stateflow 对象，进而涵盖了 Simulink 中所有的 Stateflow 状态图以及数据、事件、目标对象。同样，状态图包含状态、盒函数、函数、数据、事件、迁移、节点与注释事件，可利用这一系列对象构建 Stateflow 状态图。具体到某个状态，也可包含上述各类对象。

1.2 Stateflow编辑

1.2.1 打开方式

（1）可直接通过SImulink库找到Stateflow;

（2）Matlab行命令窗口输入sfnew,直接创建一个新的带有chart的模型;

（3）Simulink模型中双击鼠标左键搜索chart;

Stateflow工具箱中的Chat模块是使用最广泛的模块，使用Chart模块进行软件逻辑的实现时，有两种方式：流程图(Flow Chart)和状态机(State Machine)。

1.2.2 状态

点击进入到Chart模型，左侧状态栏从上到下分别代表：状态、节点、转移、框、simulink状态、simulink函数、图形函数、matlab函数、真值表、历史、退出、进入、注释、图像。

在Stateflow状态图的顶层或某一父状态下，可以并存有多个状态，它们之间的关系可分为互斥和并行。

互斥状态：的矩形边框显示为实线，同一级的互斥状态，至多允许激活一个状态。如下图，state1和state2是互斥的，二者只能有一个状态处于激活状态；

并行状态：矩形边框是虚线，同一级的并行状态，可在同一时刻被激活，如下图，state1和state2是并行关系，二者可以同时处于激活状态。

状态名是由字母、数字、下划线组成，若状态名后面跟随的是回车符，斜线是可有可无的。根据State的分层结构，同级的各个子状态不允许同名，但不同级的状态则不受限制。可指定多个动作，每个动作之间以回车、分号、逗号区隔，动作类型关键词后必须跟随一个半角冒号。

动作类型	缩写	说明
entry	en	进入当前状态时的动作
during	du	处于当前状态，并且某事件发生时的动作
exit	ex	离开当前状态时的动作
bind	无	约束一个事件或数据，使得仅当前状态及其子状态有权限广播该事件或修改该数据
on event_name	无	当前状态接收 1 次广播事件时的动作
on after(n, event_name)	无	当前状态完整接收 n 次广播事件后的动作
on before(n, event_name)	无	当前状态完整接收 n 次广播事件前的动作
on at(n, event_name)	无	当前状态完整接收 n 次广播事件时的动作
on every(n, event_name)	无	当前状态每接收 n 次广播事件时的动作

1.2.3 迁移

Stateflow状态图使用一条单向箭头曲线表示迁移，将两个图形对象连接起来，大多数情况下，迁移是指系统从源状态向目标状态的转移。在迁移曲线上加上标签，可以指定系统在何种条件下从源状态向目标状态转移。

Stateflow 中迁移的表示形式为event[condition] {condition_action}/transition action。其中 “event” 表示引发迁移的事件；“[condition]” 代表迁移发生的条件，是一个布尔表达式；“{condition_action}” 是当条件为真时执行的动作；“/transition_action” 是发生迁移即进入目标状态前所执行的动作。