S-Function图标显示如下：

在Matlab中行命令窗口Workspace中键入

edit sfuntmpl，（S-Function模板的缩写）回车键来到如下图片：

下面对其中的参数逐一解释：

第1行

 t：采样时间，x：状态变量,u：输入变量，flag:指运行时的状态标志，x0：状态变量的初始值，str:保留参数，不用问，str=[],ts：1x2的向量，ts(1)是采样周期，ts(2)指偏移量。

第102行（1到102之间不用管）

上面说过flag描述系统运行状态是初始还是在运行，第102行就是判断系统处于哪个状态，flag=0就是初始状态，此时调用mdlInitializeSize进行初始化，在第166行，sys是结构体，来设置模块的参数，详细说明如下：

 168：模块连续状态变量的个数

169：模块离散状态变量的个数

170：模块输出变量的个数

171：模块输入变量的个数

172 ：模块是否存在直接贯通

173：模块采样时间的个数，至少为1

175：设置完成后赋予sys输出

根据自己系统中的输入输出设置上述参数个数。

第180行：

状态变量设置为空，表示没有状态变量

保留参数即可，其他的不用管

 采样周期设为0是连续系统的

        近期在学习电机的智能控制，里面用到了Matlab中的S函数，在此先对S-function做一个小结。

S-function模块，位于Simulink/User-Defined Functions模块库中，S-function模块及其对话框如下图所示：

         S-function name:填入S-function的函数名称，这样就建立了S-function模块与M文件形式的S-function之间的对应关系，单机后面的Edit可以打开S-function的M文件的编辑窗口。

        S-function parameters：填入S-function需要输入的外部参数的名称，如果有多个变量的话，中间用逗号隔开，如a,b,c.

        S-function modules:只有S-function是用C语言编写并用MEX工具编译的C MEX文件时，才需要填写该参数。

        设置完这些参数后，S-function模块就成为了一个具有指定功能的模块，它的功能取决于S-function的内容，也可对内容修改进而改变模块功能。

        编写M文件S-function

        在目录toolbol\simulink\blocks中给出了M文件S-function的模板sfuntmpl.m,我电脑上的路径如下图所示：

        该模板由一个主函数和六个子函数组成，每个子函数对应一个特定的flag值。主函数通过flag的值分别调用不同的子函数。在仿真期间，这些子函数被S-function以回调程序的方式调用，执行S-function所需的任务。

       学习S-function最直接有效的方法就是学习S-function范例，下面是我详细分析的sfuntmpl.m模板代码内容：

function [sys,x0,str,ts,simStateCompliance] = sfuntmpl(t,x,u,flag)
%主函数
%主函数包含四个输出：
%                 sys数组包含某个子函数返回的值
%                 x0为所有状态的初始化向量
%                 str是保留参数，总是一个空矩阵
%                 Ts返回系统采样时间
%函数的四个输入分别为采样时间t、状态x、输入u和仿真流程控制标志变量flag
%输入参数后面还可以接续一系列的附带参数simStateCompliance
switch flag,
  case 0,
      [sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=mdlInitializeSizes;
  case 1,
    sys=mdlDerivatives(t,x,u);
  case 2,
    sys=mdlUpdate(t,x,u);
  case 3,
    sys=mdlOutputs(t,x,u);
  case 4,
    sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u);
  case 9,
    sys=mdlTerminate(t,x,u);
  otherwise
    DAStudio.error('Simulink:blocks:unhandledFlag', num2str(flag));

end
%主函数结束
%下面是各个子函数，即各个回调过程
function [sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=mdlInitializeSizes
%初始化回调子函数
%提供状态、输入、输出、采样时间数目和初始状态的值
%初始化阶段，标志变量flag首先被置为0，S-function首次被调用时
%该子函数首先被调用，且为S-function模块提供下面信息
%该子函数必须存在
sizes = simsizes;
%生成sizes数据结构，信息被包含在其中
sizes.NumContStates  = 0;
%连续状态数，缺省为0
sizes.NumDiscStates  = 0;
%离散状态数，缺省为0
sizes.NumOutputs     = 0;
%输出个数，缺省为0
sizes.NumInputs      = 0;
%输入个数，缺省为0
sizes.DirFeedthrough = 1;
%是否存在直馈通道，1存在，0不存在
sizes.NumSampleTimes = 1;
%采样时间个数，至少是一个
sys = simsizes(sizes);
%返回size数据结构所包含的信息
x0  = [];
%设置初始状态
str = [];
%保留变量置空
ts  = [0 0];
%设置采样时间
simStateCompliance = 'UnknownSimState';
function sys=mdlDerivatives(t,x,u)
%计算导数回调子函数
%给定t,x,u计算连续状态的导数，可以在此给出系统的连续状态方程
%该子函数可以不存在
sys = [];
%sys表示状态导数，即dx
function sys=mdlUpdate(t,x,u)
%状态更新回调子函数
%给定t、x、u计算离散状态的更新
%每个仿真步内必然调用该子函数，不论是否有意义
%除了在此描述系统的离散状态方程外，还可以在此添加其他每个仿真步内都必须执行的代码
sys = [];
%sys表示下一个离散状态，即x(k+1)
function sys=mdlOutputs(t,x,u)
%计算输出回调函数
%给定t,x,u计算输出，可以在此描述系统的输出方程
%该子函数必须存在
sys = [];
%sys表示输出，即y
function sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u)
%计算下一个采样时间
%仅在系统是变采样时间系统时调用
sampleTime = 1; 
%设置下一次采样时间是在1s以后
sys = t + sampleTime;
%sys表示下一个采样时间点
function sys=mdlTerminate(t,x,u)
%仿真结束时要调用的回调函数
%在仿真结束时，可以在此完成仿真结束所需的必要工作
sys = [];

        S-function应用实例

        用S-function实现Gain增益模块，即对输入信号进行放大。

        (1)首先将模板文件sfuntmpl.m另存为Gain.m,修改主函数，增加新的参数gain,修改函数名为Gain:

        (2)增益参数是用来计算输出值的，所以需要对mdlOutput的调用进行修改：

        (3)修改mdlInitializeSizes初始化回调子函数：

        (4)修改mdlOutput输出子函数：

        (5)保存Gain.m，并建立如下图所示的系统模型，对余弦信号的幅值放大gain倍。在S-function模块的参数对话框中设置S-function parameter 为3（该设置即为外部输入gain的大小）

        完整代码如下所示：

function [sys,x0,str,ts,simStateCompliance] = Gain(t,x,u,flag,gain)
switch flag,
  case 0,
    [sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=mdlInitializeSizes;
  case 1,
    sys=mdlDerivatives(t,x,u);
  case 2,
    sys=mdlUpdate(t,x,u);
  case 3,
    sys=mdlOutputs(t,x,u,gain);
  case 4,
    sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u);
  case 9,
    sys=mdlTerminate(t,x,u);
  otherwise
    DAStudio.error('Simulink:blocks:unhandledFlag', num2str(flag));
end
function [sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=mdlInitializeSizes
sizes = simsizes;
sizes.NumContStates  = 0;
sizes.NumDiscStates  = 0;
sizes.NumOutputs     = 1;
sizes.NumInputs      = 1;
sizes.DirFeedthrough = 1;
sizes.NumSampleTimes = 1; 
sys = simsizes(sizes);
x0  = [];
str = [];
ts  = [0 0];
simStateCompliance = 'UnknownSimState';
function sys=mdlDerivatives(t,x,u)
sys = [];
function sys=mdlUpdate(t,x,u)
sys = [];
function sys=mdlOutputs(t,x,u,gain)
sys =gain*u;
function sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u)
sampleTime = 1;   
sys = t + sampleTime;
function sys=mdlTerminate(t,x,u)
sys = [];

          (6)运行仿真，仿真结果如下图所示蓝线为输入，黄线为输出，输出放大了3（gain）倍。

        注：在参数gain的设置时，为了更直观的表达可以对S-function模块进行封装

        右击S-function模块，选择Mask，Creat Mask...对模块进行封装，如下图所示：

        进行参数设置，如下图所示：

        对S-function的S-function parameter 选项重新设置，如下图所示：

        S-function parameter 的名称要和封装模块中的参数名称一样，此例中都为gain。都设置完成后再次点击S-function函数Gain会弹出如下参数设置框：

        把增益gain设置为5，仿真结果如下：

        这样可以更方便的对增益参数gain进行设置。

        以上就是Matlab S-function 函数的使用心得，要用好S-function还是要多编几个程序，孰能生巧。S-function是Simulink最具魅力的地方，结合了Simulink框图简洁的特点和编程灵活的有点，增强和扩展了Sinulink的强大机制。

重要且全面的学习资料

在matlab命令行中输入 edit sfuntmpl ，可以打开S-function的模板，里面对S-function的函数和变量作用均作了介绍。 S-function的基础是现代控制理论的状态定义，使用S-function需具备现代控制理论的基本知识

为什么要有S-function

• 因为matlab中的模块太过标准化，无法满足多变的应用和调试需求，在以下情况下，S-function可以很方便的对系统进行建模。
• 控制或受控系统具有复杂时变特性
• 控制系统在控制过程中自我迭代，存在需要保留和记录的变量
• 控制系统的输出较为复杂，难以用function和m-function表示
• 系统在生成、运行或结束时需要执行特殊操作

S-function属性窗口介绍

• S-function name ：S-function的名字，随便写，自己认识即可
• S-function parameters：S-function的模块参数，默认为空
• S-function modules ：S-function的模块，无需修改，采用系统
• 默认模块即可 也就是说，这三个参数，只需要修改第一个参数为模块命名即可
• 点击Edit，可以进入S-function的代码编辑界面
  

S-function内部函数介绍

• [sys,x0,str,ts] = functionName(t,x,u,flag)
  这是函数的总入口，收到信号后，首先进入这个函数.这个函数包含一个switch语句，根据情况进入不同的子函数
• [sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=mdlInitializeSizes;
  S-function进行基本的设置，具体参数会在后面进行介绍。相当于构造函数
• sys=mdlDerivatives(t,x,u); 该函数仅在连续系统中被调用，用于产生控制系统状态的导数
• sys=mdlUpdate(t,x,u); 该函数仅在离散系统中被调用，用于产生控制系统的下一个状态
• sys=mdlOutputs(t,x,u); 产生（传递）系统输出
• sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u) 获得下一次系统执行（next hit）的时间，该时间为绝对时间，此函数仅在采样时间数组中指定变量离散时间采样时间[-2 0]时会被调用。
• sys=mdlTerminate(t,x,u) 相当于构析函数，结束该仿真模块时被调用

S-function的执行顺序

1. 在仿真开始时，执行mdlInitializeSizes
2. 若系统包含连续部分，则调用mdlDerivatives；若系统包含离散部分，则调用mdlUpdate
3. 调用mdlOutputs，产生输出
4. 若满足条件，则执行mdlGetTimeOfNextVarHit
5. 循环执行1–3，直至仿真停止
6. 执行mdlTerminate，仿真停止

S-function输入输出参数含义

输入参数t,x,u,flag

• t ：系统时间
• x ：系统状态
• u ： 系统输入，即在simulink models中连接至S-function的线上的数据。注意区分x和u
• flag ： 系统状态，由系统自动生成，决定了系统应当执行哪个S-function子函数

mdlInitializeSizes例程与介绍

sizes = simsizes;           %调用构造函数，生成一个默认类

sizes.NumContStates  = 0;   %设置系统连续状态的数量
sizes.NumDiscStates  = 0;   %设置系统离散状态的数量
sizes.NumOutputs     = 0;   %设置系统输出的数量
sizes.NumInputs      = 0;   %设置系统输入的数量
sizes.DirFeedthrough = 1;   %设置系统直接通过量的数量，一般为1
sizes.NumSampleTimes = 1;   % at least one sample time is needed
                            % 需要的样本时间，一般为1.
                            % 猜测为如果为n，则下一时刻的状态需要知道前n个状态的系统状态

sys = simsizes(sizes);
x0  = [];                   % 系统初始状态
str = [];                   % 保留变量，保持为空
ts  = [0 0];                % 采样时间
simStateCompliance = 'UnknownSimState';

注意

• S-function的基础是现代控制理论的状态定义，S-function本身是一个系统，可以被设置为控制系统，也可以被设置为受控系统。因此本文所指的系统，均指S-function本身