我一直有这样的疑问为什么有限状态机,状态空间方程,传递函数都能写成S-function模块,答案先放在这:
本质上,他们都是状态机

状态空间(state-space)方程

状态空间方程是现代控制理论的概念,其离散形式简单表示为:
{xk+1=Ax+Buy=Cx(+Du) \left\{\begin{matrix} x_{k+1}=Ax+Bu\\y=Cx(+Du)\end{matrix}\right. {xk+1=Ax+Buy=Cx(+Du)
其中xxx表示当拍状态,xk+1x_{k+1}xk+1为下一拍状态,uuu为输入,yyy为输出。

有限状态机(FSM)

状态机是描述一个过程的手段,一般在编程中使用有限状态机(FSM)。FPGA中状态机(四段式)的实现如下图:
FPGA中状态机的实现
Mealy机与Moore机的区别在于是否有feedthrough。

二者关系

符号表示
Mealy机表示为:
{xk+1=F(x,u)y=G(x,u)\left\{\begin{matrix} x_{k+1}=\mathcal{F}(x,u) \\y=\mathcal{G}(x,u)\end{matrix}\right.{xk+1=F(x,u)y=G(x,u)
Moore机表示为:
{xk+1=F(x,u)y=G(x)\left\{\begin{matrix} x_{k+1}=\mathcal{F}(x,u) \\y=\mathcal{G}(x)\end{matrix}\right.{xk+1=F(x,u)y=G(x)
与状态空间方程完美对应:

  • 状态空间方程是一种线性化的多状态的无限状态机
  • FSM是一种单状态的有限状态机

也就是说这两者本质上都是状态机,他们都是在描述一个事物的发展过程,都是对现实事物发展的一种抽象。真的很神奇!

Simulink S-Function

Simulink仿真其实就是在模拟事物发展的过程,其实每个模块都是一个状态机。
Simulink
里面的状态分为了离散状态和连续状态。

  • 有限状态机状态:单个有限离散状态
  • 离散状态空间方程状态:一组无限离散状态
  • 连续状态空间方程状态:一组无限连续状态
  • 离散传递函数:单个无限离散状态,并且隐藏了状态
  • 连续传递函数:单个无限连续状态,并且隐藏了状态
    离散状态与连续状态的区别是:
  • F(xc,u)\mathcal{F}(x_c,u)F(xc,u) 对应Update函数(更新)。
  • F(xd,u)\mathcal{F}(x_d,u)F(xd,u) 对应Derivatives函数(微分,需要龙格库塔解微分方程)。
    G(x,u)\mathcal{G}(x,u)G(x,u)都对应Output函数,Output中如果有uuu,则为Mealy机,没有则为Moor机。
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