Интеграция собственной Simulink‑модели¶

Ниже — короткий и практичный путь: сгенерировать код из Simulink, собрать динамическую библиотеку и запустить вашу модель из Python через ctypes.

Цели и требования¶

Что вы получите:
Артефакты сборки из Simulink (*.c, *.h) и динамическую библиотеку (.so/.dylib/.dll).
Минимальный Python‑скрипт, который инициализирует модель, делает шаги и читает выходы.
Что требуется:
MATLAB/Simulink с установленным Embedded Coder.
Компилятор C/C++ (GCC/Clang/MSVC) и утилиты линковки.
Python 3.8+ и matplotlib для визуализации (опционально).

Шаг 1. Сгенерируйте C/C++ код в Simulink¶

Добавьте блоки In1/Out1 для описания входов и выходов модели.
В настройках выберите: Code Generation → System target file: ert_shrlib.tlc (Embedded Coder).
Соберите модель (Ctrl+B или кнопка “Build model”). В папке модели появятся *.c, *.h и прочие артефакты.

Шаг моделирования

Шаг расчета задается в параметрах Simulink‑модели. Он будет использован функцией шага в сгенерированном коде.

Структура артефактов и соглашения об именах¶

После сборки в каталоге модели появятся файлы вида:

Заголовки: MODEL_NAME.h, приватные заголовки *_private.h, типы rtwtypes.h.
Исходники: *.c с реализацией и точкой входа шага модели.
Имена глобальных объектов и функций:
Входы: MODEL_NAME_U
Выходы: MODEL_NAME_Y
Инициализация/шаг/завершение: MODEL_NAME_initialize, MODEL_NAME_step, MODEL_NAME_terminate

Шаг 2. Соберите динамическую библиотеку¶

Сборка выполняется в каталоге, где лежат сгенерированные *.c файлы.

Linux

gcc -shared -fPIC -O2 -o model.so *.c

macOS

clang -dynamiclib -O2 -o model.dylib *.c

Windows (MinGW)

gcc -shared -O2 -o model.dll *.c

Windows (MSVC)

cl /LD /O2 *.c /Fe:model.dll

Подсказка

Иногда требуется добавить системные библиотеки (например, -lm на Linux). Если компоновщик сообщает об отсутствующих символах — проверьте вывод сборки и добавьте необходимые флаги.

Быстрая проверка загрузки библиотеки¶

Перед интеграцией в код убедитесь, что библиотека загружается:

import ctypes, os
print(ctypes.CDLL(os.path.abspath("model.so")))  # замените на .dylib или .dll

Windows

На Windows может потребоваться, чтобы зависимые DLL находились в одном каталоге или были прописаны в PATH.
Если видите OSError: [WinError 126] The specified module could not be found — проверьте расположение всех зависимостей и архитектуру (x64 vs x86).

Шаг 3. Опишите интерфейс входов/выходов в Python¶

Откройте сгенерированный заголовок MODEL_NAME.h и найдите секции External inputs и External outputs. По ним создайте структуры для ctypes.

import ctypes
from tensoraerospace.aerospacemodel.utils.rtwtypes import real_T


class ExtU(ctypes.Structure):
    """Входы модели (name, type)"""
    _fields_ = [
        ("ref_signal", real_T),
    ]


class ExtY(ctypes.Structure):
    """Выходы модели (name, type)"""
    _fields_ = [
        ("Wz", real_T),
        ("theta_big", real_T),
        ("H", real_T),
        ("alpha", real_T),
        ("theta_small", real_T),
    ]

Имена и типы

Имена полей и их типы всегда берите из MODEL_NAME.h. В именах глобальных структур и функций используется имя модели: MODEL_NAME_U, MODEL_NAME_Y, MODEL_NAME_initialize, MODEL_NAME_step, MODEL_NAME_terminate.

Шаг 4. Пример запуска из Python¶

Ниже — минимальный пример, который загружает библиотеку, выполняет 2100 шагов и строит графики. Подставьте актуальное имя модели и путь к библиотеке (.so/.dylib/.dll).

import os
import ctypes
import matplotlib.pyplot as plt

from tensoraerospace.aerospacemodel.utils.rtwtypes import real_T


class ExtU(ctypes.Structure):
    _fields_ = [("ref_signal", real_T)]


class ExtY(ctypes.Structure):
    _fields_ = [
        ("Wz", real_T),
        ("theta_big", real_T),
        ("H", real_T),
        ("alpha", real_T),
        ("theta_small", real_T),
    ]


# Укажите правильный путь и расширение библиотеки вашей модели
lib_path = os.path.abspath("model.so")   # Linux
# lib_path = os.path.abspath("model.dylib")  # macOS
# lib_path = os.path.abspath("model.dll")    # Windows

dll = ctypes.CDLL(lib_path)

# Имя префикса совпадает с именем модели в Simulink (здесь — "model")
X = ExtU.in_dll(dll, "model_U")
Y = ExtY.in_dll(dll, "model_Y")

model_initialize = dll.model_initialize
model_step = dll.model_step
model_terminate = dll.model_terminate

model_initialize()

wz, theta_big, H, alpha, theta_small = [], [], [], [], []

for _ in range(2100):
    X.ref_signal = -0.1
    model_step()
    wz.append(Y.Wz)
    theta_big.append(Y.theta_big)
    H.append(Y.H)
    alpha.append(Y.alpha)
    theta_small.append(Y.theta_small)

model_terminate()

plt.figure(figsize=(8, 6))
plt.subplot(3, 2, 1); plt.plot(wz); plt.title("$w_z$, рад/с")
plt.subplot(3, 2, 2); plt.plot(H); plt.title("H, м")
plt.subplot(3, 2, 3); plt.plot(theta_big); plt.title("$\\Theta$, рад")
plt.subplot(3, 2, 4); plt.plot(theta_small); plt.title("$\\theta$, рад")
plt.subplot(3, 2, 5); plt.plot(alpha); plt.title("$\\alpha$, рад")
plt.tight_layout(); plt.show()

Распространенные проблемы и их решения¶

"Не нахожу MODEL_NAME_U/MODEL_NAME_Y":
Убедитесь, что используете корректный префикс имени модели (как файл .h).
Проверьте, что In1/Out1 присутствуют и экспортируются.
Ошибка линковки про math или sqrt:
Добавьте -lm при сборке на Linux.
Python падает при обращении к полям структуры:
Проверьте соответствие типов полей ctypes тому, что в MODEL_NAME.h.
Убедитесь, что библиотека собрана для той же архитектуры, что и Python (x64/x86).

Полезные ссылки¶

Репозиторий с примером модели: tensoraerospace/simulink-example
Конвертация и запуск Simulink‑моделей: см. также раздел «Simulink to Python» в документации.