3. Stateflow状态机基础

Stateflow 是 Simulink 中用于描述事件驱动逻辑与模式切换的图形化建模工具。它把“系统当前处于什么模式、什么条件触发切换、切换时做什么”这三件事，用状态、转移、事件和动作四类基本元素表达出来。理解这四类元素及其组合规则，是后续用 Stateflow 实现复杂控制逻辑的前提。

一、四类基本元素

状态（State）表示系统在某一时刻所处的模式或阶段，例如“待机”“运行”“故障”。状态可以嵌套，形成父状态与子状态；父状态内部可以定义默认转移，决定进入父状态后首先激活哪个子状态。状态本身可以携带 entry、during、exit 三类动作，分别在进入、停留、离开该状态时执行。

转移（Transition）是连接两个状态的有向边，表示模式切换的路径。转移上可以标注触发事件、转移条件和转移动作，其通用形式为：事件[条件]{动作}。其中事件和条件都可省略：只有条件时表示条件满足即转移；只有事件时表示事件发生即转移；两者都有时表示事件发生且条件为真才转移。

事件（Event）是驱动状态机运行的信号，分为输入事件、本地事件和输出事件。输入事件来自 Simulink 或其他 Stateflow 图，本地事件在 Stateflow 内部广播，输出事件则向外发送。事件可以带数据，用于在转移动作中参与计算。

动作（Action）是状态机在特定时刻执行的语句，常见形式包括：状态动作（entry/during/exit）、转移动作、条件动作和默认转移动作。动作中可对输出变量赋值、调用函数或广播事件。

二、默认转移与执行顺序

默认转移（Default Transition）是从父状态边界指向某个子状态的转移，不带触发事件，用于指定进入父状态后默认激活的子状态。若父状态有多个子状态且未定义默认转移，Stateflow 会报错或无法确定初始状态。因此，只要使用层次化状态，就应显式定义默认转移。

Stateflow 的执行遵循“事件驱动、按序求值”的原则：当外部事件到达时，Stateflow 先对当前活动状态的所有外向转移按图形顺序求值，找到第一条条件为真的转移并执行其动作，然后进入目标状态并执行其 entry 动作。若同一时刻有多条转移条件为真，只有图形顺序最靠前的那条会被执行，因此转移的排列顺序会影响逻辑结果。

三、用 Stateflow 实现一个简单逻辑控制器

下面以一个“启停控制 + 故障保护”的简单逻辑控制器为例，说明从需求到 Stateflow 实现的完整过程。控制对象可理解为一台电机或一个执行机构，输入为三个布尔事件：start、stop、fault，输出为布尔变量 out。控制要求是：初始处于待机状态，输出为 0；收到 start 且使能条件满足时进入运行状态，输出为 1；运行中收到 stop 返回待机；运行中收到 fault 进入故障状态并输出 0；故障状态下收到 reset 返回待机。

在 Simulink 中新建 Chart 后，依次创建三个状态并命名。为“待机”状态添加默认转移，使其成为初始激活状态。然后添加四条转移并标注触发条件：待机到运行为 start[enable]，运行到待机为 stop，运行到故障为 fault，故障到待机为 reset。各状态的 entry 动作分别设置为 out=0、out=1、out=0。

需要特别注意的是转移的求值顺序。在“运行”状态中，stop 和 fault 两条转移都可能被触发，若同一仿真步内两者同时为真，Stateflow 只会执行图形顺序靠前的那条。工程上通常把故障保护类转移放在前面，以保证安全优先。此外，enable 作为条件变量，需要在 Chart 的输入数据中定义，类型为 boolean，初值可设为 true。

四、验证与观察

搭建完成后，可用 Signal Builder 或 Step 模块构造输入序列进行验证。一个合理的测试序列是：0～1 s 全部输入为 0，观察 out 保持 0；1 s 时 start 置 1，out 应在该步变为 1；2 s 时 stop 置 1，out 应回到 0；3 s 时再次 start，out 变 1；4 s 时 fault 置 1，out 应变为 0 且状态进入故障；5 s 时 reset 置 1，状态回到待机。通过 Scope 观察 out 波形，并利用 Stateflow 的动画高亮确认状态切换路径与预期一致，即可判断逻辑实现是否正确。

掌握以上四类元素与默认转移规则后，就可以把更复杂的模式管理、故障分级、时序逻辑逐步纳入 Stateflow，并与 Simulink 的被控对象模型协同仿真。