针对频率失调问题的挖掘机ANC系统优化设计

在进行窄带主动噪声控制(Narrowband Active Noise Control,NANC)过程中,常采用非声学传感器来获取参考信号,但非声学传感器会因老化和疲劳积累产生误差,使NANC系统频率失调(Frequency Mismatch,FM),导致降噪性能下降,甚至失效。针对此问题,提出一种基于自适应补偿(Adaptive Compensation,AC)的控制方案,该方案利用滤波增强信号与原始信号的相关性,设计一个频率跟踪质量评价因子,使该方案能更精准地实现对频率的追踪,以取得更优的FM补偿效果。通过仿真对比发现,与传统解决方案相比,AC方案能应对更大FM,使NANC系统具有更好的稳定性,初步验证了算法的优越性。进一步开展台架试验与实机实验,试验结果表明:当FM达到10%,经AC方案优化的NANC系统对挖掘机2、4、6阶噪声降噪量仍达到了15.2 dB、24.1 dB、21.2 dB,进一步验证了AC方案的性能。同时,也表明所提AC方案能有效实现对FM的控制,具有较高的实用价值。

一种稳健的窄带反馈型主动噪声控制系统

传统窄带反馈型主动噪声控制系统采用并型自适应滤波器结构,用于合成参考信号时,仍存在参考信号合成质量较差、滤波器权值的初值设置难度高、应对非平稳窄带噪声的能力不足等问题。为解决以上问题,通过引入高效的串并型自适应滤波器结构来合成参考信号,提出新型的窄带反馈型主动噪声控制系统,改善参考信号合成质量,进而提升系统的整体降噪性能。新型系统不仅有效解决了传统系统存在的参考信号合成质量较差的问题,还降低了滤波器权值的初值设置复杂度,同时还提升了系统应对非平稳窄带噪声的能力。实验结果表明,新型系统较传统系统的前后两部分的降噪量分别提升了7.89和9.18 dB。仿真和实验结果共同验证了提出的系统较传统系统具有更强的稳健性和降噪性能。

一种含次级通道在线辨识的窄带主动噪声控制系统

分析了噪声危害设备产生的谐波噪声,特别是以500 Hz或600 Hz以下的低频成分为对象,介绍了主动噪声控制(ANC)技术的原理、意义及发展现状。在实际声学场所,由于控制系统易受初级噪声功率、残余噪声幅值等因素影响而不稳定。在分析控制系统收敛条件的基础上,通过对系统误差引入一个比例因子从而改进系统模型,并以一维管道为实验平台,基于高速数字信号处理器(DSP)设计了含次级通道在线辨识的主动噪声控制器。实验结果表明,在250 Hz左右的频段上能够达到16 dB的降噪效果。

一种用于窄带主动噪声控制系统的性能优化算法

针对窄带主动噪声控制(NANC)系统的收敛问题,提出一种变遗忘因子变步长的滤波-X加权累加最小均方算法.本文在滤波-X加权累加最小均方算法基础上,利用互相关的误差信号构建变遗忘因子策略,并通过遗忘因子构造了变步长策略使系统获得更优的参数值,更好的平衡算法的收敛速度、跟踪能力及稳态误差之间的矛盾,同时增强了抗干扰能力,有效提升算法的整体性能.仿真实验表明本文算法在平稳和非平稳环境下具有更好的性能.

一种应对非平稳频率失调的窄带主动噪声控制系统

在窄带主动噪声控制(Active noise control,ANC)系统中,参考信号频率失调(Frequency mismatch,FM)和噪声信号非平稳将会使系统性能下降,甚至失效.本文提出一种基于动量最小均方的改进FM补偿算法,通过在代价函数中引入加权累加的平方误差,提升系统的追踪和收敛能力.并分别与基于滤波-X最小均方(Filtered-X least mean square,FXLMS)、滤波-X递归最小二乘(Filtered-X recursive least square,FXRLS)和变步长滤波-X最小均方(Variable step-size filtered-X least mean square,VSS-FXLMS)算法的主控制系统结合,共同完成系统综合性能的提高.大量仿真分析表明,新的FM补偿算法在非平稳的FM和离散傅里叶系数翻转的条件下仍能保持较高的追踪能力和合理的残余误差.

基于ⅡR陷波器应对频率失调的窄带ANC系统新结构

窄带主动噪声控制(ANC)系统中往往存在频率失调(FM)问题,传统的频率失调补偿(FMC)系统能应对一定程度的FM,但当噪声信号非平稳或失调量较大时,系统将无法工作.针对此问题,本文提出一种带有频率估计的窄带ANC系统新结构,其采用声学和非声学两路传感器获取参考信号,引入可变极半径及平滑下降(PG)算法构建ⅡR陷波器,完成参考信号的频率估计,通过一阶FIR滤波器实现幅值和相位的调节.仿真表明,在保证合理的稳态误差情况下,与传统的FMC系统相比,新系统能够应对较大的FM,且具有良好的收敛和追踪性能.

一种应对窄带非线性主动噪声控制的混合结构

分析参考信号为窄带信号、初级路径为非线性路径、次级路径为非最小相位系统的主动噪声控制(ANC)的初级噪声特性,探究有限脉冲响应(FIR)反馈预测结构和前馈函数链接人工神经网络(FLANN)结构的消噪原理,并探讨其各自的优势及局限性.通过分析总结,本文提出FLANN-FIR混合结构ANC系统,该系统对FIR反馈预测结构和前馈FLANN结构进行优势互补,不仅可以消除可预测部分噪声,对不可预测部分噪声一样具有抑制作用.仿真表明,在不同信噪比参考信号和不同非线性初级路径下,提出的混合结构都具有良好的稳态误差和收敛速度.

基于泄漏残余误差分离器的窄带主动噪声控制系统

传统窄带主动噪声控制系统中,各窄带噪声分量由各控制器并行处理,而相应的控制系数却仍由系统的整体残余误差进行更新。这导致各控制器之间相互影响,从而降低了系统的收敛速度。为保证各控制器单独利用自身的残余误差来更新控制系数,实现残余误差信号的频率分量分离,该文提出一种基于泄漏残余误差分离器的窄带主动噪声控制系统,并对新系统进行初步统计分析。理论分析、仿真及实验表明,这种引入泄漏因子的残余误差分离器,在不牺牲稳态性能情况下,提升了系统的鲁棒性和收敛性。

一种应对窄带主动噪声控制中频率不匹配的方法

窄带前馈主动噪声控制系统中,参考信号通常通过非声学传感器获取。由于传感器老化磨损等原因,所测同步频率与目标噪声真实频率间将存在误差,即产生频率不匹配(FM)。结合AR模型,提出一种改进的FM补偿方法,加入一个延迟模块和一个相应的幅值相位调节器,本质上是通过延迟和叠加构造出隐含真实频率的信号,同时提高相位匹配速度和精度。仿真结果与分析表明,设计的FM补偿方法能有效应对15%以上的频率不匹配量,且系统收敛速度更快。

基于多通道系统的封闭空间低频噪声主动控制

在封闭空间中,相较于单通道主动噪声控制(active noise control,ANC)系统,多通道ANC系统可以更好地实现整体区域的降噪。针对所设计的三维空间,分别进行单通道及双通道实验;并基于实验的方式布放次级源及误差传感器。实验结果证明,对于低频窄带噪声,多通道系统降噪效果显著,算法开启后在所设计装置空间内达到11. 4 d B的降噪量;且噪声声压级相较于单通道系统分布更为均匀。

基于改进FX-NANC系统的车内主动噪声控制研究

针对基于陷波FXLMS算法的窄带主动噪声控制(FX-NANC)系统计算量大、硬件成本高的问题,提出一种低计算量改进方案。该方案根据发动机转速信息生成余弦滤波参考信号并存入存储器中,之后通过对余弦滤波参考信号进行索引生成正弦滤波参考信号。以索引代替传统的卷积运算,以此减少系统计算量。为验证改进后系统的计算性能和降噪效果,对该系统进行数值仿真分析和实车双通道实验。结果表明:改进系统相比传统系统计算效率提升43.48%,计算速度显著提高。实车测试中稳态工况下主、副驾驶位置处的2、4、6阶噪声实现30.00 dB(A)、36.85 dB(A)、19.37 dB(A)和21.85 dB(A)、26.63 dB(A)、9.38 dB(A)的降噪量,非稳态工况两位置最大降噪量也能达到5.00 dB(A)以上,改进系统在保证原有降噪性能的前提下,具有更高的计算效率。

基于峰值预滤波次级通道在线建模的主动噪声控制系统

传统白噪声激励在线建模主动噪声控制(ANC)系统,次级通道对激励源的响应在一定程度上会干扰控制滤波器的迭代,而且会增大系统收敛后的声场能量。针对这一问题,一种新的、用于窄带噪声抵消的在线建模ANC系统被提出:利用峰值滤波器对真实次级通道进行重构,新的传递函数能够不失真地重现待抵消噪声所在频段的次级通道频率响应,并对其它频段进行抑制。最后利用该系统对舰船辐射线谱噪声进行了主动控制计算机仿真试验。结果表明:该系统简化了次级通道的传递函数,减少了白噪声对控制滤波器的干扰,提高了系统性能,并降低了系统收敛后的声场残余能量。

基于自适应FLANN的频率不匹配应对方法

在窄带主动噪声控制系统中,由非声学传感器或信号发生器误差引起的频率不匹配(FM)及噪声信号自身的非平稳性会极大降低系统的降噪性能。对此结合2阶自回归(AR)模型,提出一种基于自适应函数链人工神经网络(FLANN)的FM应对方法。仿真分析表明,在噪声信号频率连续变化情形下,窄带噪声能够得到抑制,验证了该方法应对FM的有效性,同时具有较快的收敛速度。

窄带主动噪声控制中频率不匹配应对方法实时仿真

非声学传感器的使用致使前馈窄带主动噪声控制(ANC)系统中往往存在频率不匹配(FM)。利用MATLAB/Simulink实时仿真功能,构建了针对前馈窄带ANC系统中FM应对方法的实时仿真平台。对一种改进的FM应对方法进行了深入的实时仿真研究,与传统的FM应对方法进行了比较,对其性能进行评估。仿真结果与分析表明,与传统FM应对方法相比,新方法能够应对较大的非平稳FM量,且具有较快的收敛速度。

简化窄带频域无次级路径建模有源噪声控制算法

针对采样频率较高的窄带有源噪声控制系统,在无需次级路径信息基础上,提出简化窄带频域有源噪声控制算法,该算法将参考信号采样点代入离散傅里叶变换(DFT)定义式,直接计算与其频域参考信号、误差信号相对应频率柜的幅度和相位信息,并将这些频率柜均匀分为多个子频率柜组,然后每个子频率柜组在0°、180°以及±90°四个不同的方向,搜索判断并选择出该组内最佳方向,更新自适应滤波器系数,从而实现窄带降噪。与FDFxLMS算法比较,所提算法避免了全频带频率柜信息全部参与计算,提高计算效率,当有效频率柜个数满足一定条件时,可减少计算量。分别以单频、复合频率和窄带信号为初级噪声源进行仿真,仿真结果表明在降噪量不减的情况下,所提算法具有良好的稳定特性和跟踪特性。