使用系统对象创建移动平均滤波器模块

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引言

本示例演示了如何使用 Sysblock 系统创建一个移动平均滤波器模块。通过集成 JuliaFunction 模块，实现动态窗口大小的移动平均滤波算法。该滤波器可以对输入信号进行平滑处理，有效减少噪声干扰，广泛应用于信号处理、数据滤波等领域。

单击右侧打开示例按钮，在 Sysplorer 中打开示例文件。

软件环境配置

本次仿真因为需要 JuliaFunction 模块，所以需要从 Syslab 中打开 Sysplorer。

提示

若出现 "MWORKS.Sysplorer 可执行文件路径不存在"，则需要重新设置 Sysplorer 的文件路径，单击 Syslab 主页 > 首选项 > MWORKS.Sysplorer 可执行文件路径 > 浏览…。

找到本地安装 Sysplorer 2025b 文件夹的位置，单击打开，找到 MWORKS.Sysplorer 2025b(x64)。由于安装位置和版本的不同，文件后缀可能不同。完成设置后重新从 Syslab 中打开 Sysplorer 即可。

模型搭建

1. 单击文件 > 新建 Sysblock 模型 > 创建新 Sysblock 模型，然后输入控制器模型名 Demo_FilterBlock。

   
   

   

2. 在库浏览器中搜索 Constant（产生不定类型常量信号）、JuliaFunction（编辑和调用 Julia 脚本函数）、Scope（显示输入值）、Switch（当输入 2 满足所选条件时，输入 1 通过；否则，输入 3 通过）、UniformRandomNumber（输出均匀分布的随机信号）、Sum（对输入执行加法或减法）。各组件对应的模型库路径如下表所示。

   组件名	组件对应的模型库路径
   Constant	Sysblock.Sources（信号源模型库）.Constant
   JuliaFunction	Sysblock.Utilities（实用工具模型库）.JuliaFunction
   Scope	Sysblock.Utilities（实用工具模型库）.Scope
   Switch	Sysblock.SignalRouting（信号路由模型库）.Switch
   UniformRandomNumber	Sysblock.Sources（信号源模型库）.UniformRandomNumber
   Sum	Sysblock.MathOperation（数学运算模型库）.Sum

3. 在库浏览器中找到上述元器件，并且将它们拖到模型视图中，按照如下位置进行摆放。

   

模块参数设置

1. 双击打开 constant1 模块，设置常量值 1，采样时间 1，单击确定保存设置。

   

2. 双击打开 constant2 模块，设置常量值 -1，采样时间 1，单击确定保存设置。

   

3. 双击打开 constant3 模块，设置常量值 5，采样时间 1，单击确定保存设置。

   

4. 双击打开 switch 模块，设置首个输入传递条件: 大于，阈值: 0，单击确定保存设置。

   

5. 双击打开 scope 示波器模块，单击配置属性，将输入端口数设置为 2，单击确定保存设置，最后关闭 scope 模块。

   

6. 双击打开 juliaFunction 模块，输入以下代码。

   # 全局状态
   global_state = Float64[]
   current_window_size = 5
   
   function fcn(x1, window_size_input)
       # 声明使用全局变量
       global global_state, current_window_size
    
       # 更新窗口大小（如果需要）
       if window_size_input != current_window_size
           current_window_size = window_size_input
        
           # 如果窗口大小变小，需要截断历史数据
           if length(global_state) > current_window_size
               global_state = global_state[end-current_window_size+1:end]
           end
       end
    
       # 将当前输入添加到全局状态
       push!(global_state, x1)
    
       # 如果全局状态长度超过窗口大小，删除最旧的数据
       if length(global_state) > current_window_size
           popfirst!(global_state)
       end
    
       # 计算平均值
       y = sum(global_state) / length(global_state)
    
       return y
   end
   
   

   

   提示

   这段代码实现了一个可动态调整窗口大小的移动平均滤波器。它通过维护一个全局状态数组来存储历史数据，当有新数据输入时，函数会更新这个数组并保持其长度等于当前设定的窗口大小。具体来说，它会将最新数据添加到数组末尾，如果数组长度超过窗口大小则移除最旧的数据点，然后计算并返回当前窗口内所有数据的算术平均值。这种滤波器常用于信号处理中消除随机噪声，使数据曲线更加平滑。

7. 完成后回到 Sysplorer，juliaFunction 模块变为两个输入端口。第一个输入端口 x1（当前输入数据）和第二个输入端口 window_size_input（当前设定的窗口大小）。

   

连接模块

1. 分别将 constant1 和 constant2 模块的输出端口连接到 switch 模块的第一和第三输入端口。uniformRandomNumber 模块的输出端口连接到 switch 模块的第二输入端口。switch 模块和 uniformRandomNumber1 模块的输出端口分别连接到 sum1 模块的第一和第二输入端口。

   

2. sum1 模块的输出端口连接到 juliaFunction 模块的第一输入端口和 scope 模块的第一输入端口。constant3 模块的输出端口连接到 juliaFunction 模块的第二输入端口。juliaFunction 模块的输出端口连接到 scope 模块的第二输入端口。

   

封装模块

1. 单击并长按 constant3 模块和 juliaFunction 模块下方空白处，拖拽覆盖这两个模块，将鼠标移动到 juliaFunction 模块上方再右击选择创建子系统。

   
   

   

2. 将新建的子系统名称修改为 movingAverageFilter，并且调整至合理大小。

   

3. 双击打开 movingAverageFilter 子系统，右击空白处选择编辑封装。

   

4. 单击参数提升右边符号 ^， 勾选 Value，再单击提升，将文本修改为图窗大小，单击确定保存设置。完成设置后双击用户模型 Demo_FilterBlock 回到主系统。此时双击 movingAverageFilter 子系统便可在弹出页面修改滤波图窗大小。

   
   

   

仿真设置

在进行仿真之前需要进行仿真设置，在软件上方功能区，单击主页 > 仿真设置按钮，打开仿真设置界面。在该界面设置开始时间 0，终止时间 250，输出区间步长 0.02。积分算法的类型设置为定步长，算法为 Euler（Runge-Kutta, 1 阶, 非刚性），容差 0.0001，积分步数 1，单击确定并保存到模型。

仿真运行

单击主页 > 仿真，等待仿真运行结束，双击打开 scope 模块查看仿真结果。