CN103475336B - 一种基于逆控制技术的电力变压器噪声控制方法 - Google Patents
一种基于逆控制技术的电力变压器噪声控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于逆控制技术的电力变压器噪声控制方法，包括：通过初级传感器采集电力变压器噪声源产生的噪声信号，作为控制系统的参考信号；通过误差传感器采集降噪信号与噪声信号叠加产生的误差信号；控制系统根据误差信号，通过自适应建模器为次级声通道建立次级声通道模型，模拟次级降噪声源所产生的降噪声信号在空间中传播，获取模拟次级声源声信号；控制系统根据误差信号，通过自适应逆建模器对次级声通道逆建模，在控制系统中与次级声通道模型串联；计算出与参考信号幅值相等的声信号并进行反相处理，获得控制次级降噪声源的控制信号；根据控制信号输出降噪声信号。本发明提供的方法能有效控制电力变压器低频噪声。
Description
技术领域
本发明涉及电力变压器的噪声抑制领域，尤其涉及一种基于逆控制技术的电力变压器噪声控制方法。
背景技术
近年来，由于城市用电量的不断增长，用电负荷密度越来越高，以及城市规模的不断扩大，越来越多的电力变压器(特别是变电所、变电站)深入负荷(城市)中心，且建于商业区和居民区内，因此电力变压器的噪声就是不得不考虑的问题，在众多的电力变压器中，又以电力变压器的噪声问题最为突出。电力变压器(包括电力变压器)的噪声不但污染环境，危害人类身体健康，并且随着公众环境意识的提高和环保部门对各类噪声的限制，电力变压器的噪声问题已经带来了很多社会效益及经济效益的损失。
目前，对于电力变压器的噪声控制处理技术主要可以分为无源控制技术和有源控制技术。其中，无源控制技术适合于电力变压器中高频噪声的控制。而低频噪声(1000Hz以下的噪声)具有穿透力强、传播距离远的特点，无源控制技术对低频噪声控制效果并不理想。同时，采用无源控制技术还存增加电力变压器体积，导致电力变压器散热困难等问题。
综上，只采取无源控制技术去抑制电力变压器的噪声是不现实的，特别是对于电力变压器的这类噪声主要成分为低频噪声的电力变压器。因此，针对低频噪声进行控制的有源控制技术便应运而生。有源控制技术的基本思想是利用声的干涉原理，通过次级声源发出与噪声源噪声信号幅值相同，相位相反的声信号，在噪声控制区域与噪声源声信号进行抵消，从而在静音区达到降噪效果。
目前被采用的有源控制技术主要可分为前馈控制系统与反馈控制系统。其中反馈结构控制系统因其控制系结构较为复杂、对控制参数要求较高且系统稳定性不好，在实际工程中应用并不广泛，相应地基于这种结构的控制短发开发并不成熟。本控制方法是在前馈控制系统的基础之上引入逆控制思想，从控制原理上避免了反馈控制系统中在输出端进行全反馈可能引入扰动造成控制系统失稳问题，并设计了一个具有较好稳定性、快速性与灵敏性同时具有独立消除扰动信号干扰功能的自适应噪声有源控制系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种能有效控制电力变压器低频噪声的基于逆控制技术的电力变压器噪声控制方法，特别适用于抑制电力变压器的这类噪声主要成分为低频噪声的电力变压器噪声。
本发明提供的基于逆控制技术的电力变压器噪声控制方法，采用基于逆控制结构(逆控制，Adaptive Inverse Control,是一种基于过程数学模型进行控制器设计的控制策略)的控制系统，利用被控对象的逆作为串联控制器对系统的动态特性作开环控制，从而避免了因反馈而引起的不稳定问题。同时本发明提供的基于逆控制技术的电力变压器噪声控制方法在控制系统中引入自适应对象扰动消除器，该扰动消除器能有效消除次级传感器在进行误差信号拾取时可能受到的其他噪声源干扰信号，最大程度上保证控制系统的鲁棒性(鲁棒是Robust的音译，所谓“鲁棒性”，是指控制系统在一定的参数摄动下，维持某些性能的特性)与准确性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于逆控制技术的电力变压器噪声控制方法，其特征在于，包括：
通过在电力变压器周边布放初级传感器采集电力变压器噪声源所产生的噪声信号，作为控制系统的参考信号；
通过布放在静音区的误差传感器采集静音区的次级降噪声源产生的降噪信号与电力变压器噪声源所产生的噪声信号叠加产生的误差信号；
对所述初级传感器和误差传感器采集的信号进行调理，然后进行模数转换后为一组离散数组存放在控制系统中；
控制系统根据所述误差信号，通过自适应建模器为次级声通道建立次级声通道模型，并根据所述次级声通道模型模拟所述次级降噪声源所产生的降噪声信号在空间中传播的物理过程，获取模拟次级声源声信号；
控制系统根据所述误差信号，通过自适应逆建模器对次级声通道进行逆建模，在控制系统中与所述次级声通道模型串联以抵消次级声通道对控制算法的影响，使得次级降噪声源与电力变压器噪声源保持高线性相关度；
对所述参考信号进行自适应滤波，计算出与所述参考信号幅值相等的声信号并进行反相处理，获得控制所述次级降噪声源的控制信号；
次级降噪声源根据所述控制信号输出降噪声信号；
其中，所述通过布放在静音区的误差传感器采集静音区的次级降噪声源产生的降噪信号与电力变压器噪声源所产生的噪声信号叠加产生的误差信号之后，还包括：
根据所述误差信号及其变化率对所述参考信号进行滤波处理，消除干扰误差以及次级声通道模型失配；
其中，所述对所述初级传感器和误差传感器采集的信号进行调理，然后进行模数转换后为一组离散数组存放在控制系统中包括：
对所述初级传感器采集的参考信号和误差传感器采集的误差信号进行调理；
将两组信号通过模数转换电路进行模数转换，将时域信号转换为一组离散数组存放在控制器系统中；
其中，在控制系统中与所述次级声通道模型串联从而抵消次级声通道对控制算法的影响，使得次级降噪声源与电力变压器噪声源保持高线性相关度，包括：
通过内置次级声通道逆建模器获取实际次级声通道模型的逆函数；
通过次级声通道逆模型与次级声通道模型串联，以抵消次级声通道模型对次级声信号的影响，使次级声源输出的降噪信号与原始噪声源信号保持一致；
其中，所述通过自适应建模器为次级声通道建立次级声通道模型，包括：
自适应建模器通过抖动信号对次级声通道进行在线建模；其中，控制系统在本步骤中添加了一个自适应对象扰动消除器，用于消除误差传感器在拾取误差信号时可能受到扰动信号的干扰；
自适应建模器通过内置自适应算法调整滤波器权数，最终获取权数稳定值，自适应建模器最终获取的权数稳定值即为次级声通道模型的传递函数。
其中，所述通过自适应逆建模器对次级声通道进行逆建模，包括：
自适应逆建模器通过抖动信号对次级声通道进行在线逆建模；
自适应逆建模器通过内置自适应算法调整滤波器权数，最终获取权数稳定值，自适应逆建模器最终获取的权数稳定值即为次级声通道逆模型的传递函数。
本发明提供的基于逆控制技术的电力变压器噪声控制方法，采用基于AIC结构的控制系统(该控制系统由模拟器、叠加器、自适应控制器、模型建立器、逆模型建立器构成)，需两组传感器采集电力变压器产生的噪声信号与静音区处的误差信号，通过内置模型建立消除次级声通路对控制系统影响，并能针对误差传感器处的干扰信号进行有效处理。
附图说明
图1为本发明提供的基于逆控制技术的电力变压器噪声控制方法第一实施例流程示意图；
图2为本发明提供的基于逆控制技术的电力变压器噪声控制方法第二实施例流程示意图；
图3为本发明提供的自适应控制器逻辑结构框图；
图4为本发明提供的基于逆控制技术的电力变压器噪声控制方法内置次级声通道建模结构图；
图5为本发明提供的基于逆控制技术的电力变压器噪声控制方法内置次级声通道逆建模结构图。
具体实施方式
本发明要解决的技术问题在于，提供一种能有效控制电力变压器低频噪声的基于逆控制技术的电力变压器噪声控制方法，特别适用于抑制电力变压器的这类噪声主要成分为低频噪声的电力变压器噪声。下面将结合附图对本发明进行更为详细的说明。
参见图1，为本发明提供的基于逆控制技术的电力变压器噪声控制方法流程示意图，如图所示，该方法流程包括：
步骤S101，通过布放在电力变压器附近的初级传感器(在实际应用中，可以选用杭州爱华仪器有限公司AWA14400系列)采集变压器噪声声源所产生的噪声信号作为控制系统的参考信号。
步骤S102，通过布放在静音区的误差传感器(在实际应用中，可以选用杭州爱华仪器有限公司AWA14400系列)采集静音区处噪声源信号与降噪信号叠加产生的误差信号。
步骤S103，对两组传感器采集的噪声信号进行信号调理。
步骤S104，将两组信号进行通过AD转换电路(在实际应用中，可以选用研华数据采集卡PCI-1710)进行模数转换并将时域信号转换为一组离散数组存放在控制器内部空间之中。
步骤S105，通过控制系统内置的自适应建模器(在实际应用中，硬件可以选用研华工业控制计算机，软件采用Visual C++实现)为实际次级声通道建立次级声通道模型，以模拟声波在次级声通道中实际传播过程。
步骤S106，通过控制系统内置的自适应逆建模器(在实际应用中，硬件可以选用研华工业控制计算机，软件采用Visual C++实现)对次级声通道进行逆建模，在控制系统中与次级声通道模型串联从而抵消次级声通道对控制算法的影响，使得次级降噪声源与原始噪声信号保持高线性相关度。
步骤S107，通过内置自适应控制器对参考信号进行自适应滤波，使得控制系统计算处的降噪信号在幅值与相位上都与原始噪声信号保持高度一致，从而能使控制系统达到最佳降噪效果。
步骤S108，通过DA转换电路(在实际应用中，可以选用研华数据采集卡PCI-1721)对控制系统输出电信号进行数模转换；
步骤S109，通过功放适当调整输出信号幅值使得次级声源输出声波与原始噪声声波保持一致。
优选的，在本实施例中，步骤S101和步骤S102并没有执行顺序上的严格要求，且具体实施时通常是并发执行。
下面将结合图3对图2所示的基于逆控制技术的电力变压器噪声控制方法进行具体的说明，如图所示，该方法流程包括：
步骤S201，通过初级传感器采集原始变压器噪声信号208作为控制系统参考信号进行输入，即，如图3中208所示的噪声信号作为系统输入的参考信号。控制系统包含两个模型建立器，自适应建模器203和自适应逆建模器206。
步骤S202，控制系统通过一个抖动信号209对次级声通道进行在线建模，本系统采用在线建模技术对次级声通道进行实时仿真，该过程具体在自适应建模器203中实现。控制系统通过随机信号发生器201产生均值为零的白噪声，与次级声源驱动信号同时送入次级声源。结合图4分析在线建模过程。此时次级声通道的输出信号为：
s0(n)＝s(n)+u(n)＝hs(n)*y(n)+hs(n)*v(n)
整个系统的误差信号为：
e(n)＝d(n)-s0(n)
而由于初级噪声引起的误差信号为：
ep(n)＝d(n)-hs(n)*y(n)
＝hp(n)*x(n)-hs(n)*w(n)*x(n)
＝[hp(n)-hs(n)*w(n)]*x(n)
视上述初级通路、次级通路和控制器的脉冲响应是线性时不变的。由此图中信号210就成为一个与V(n)不相关的扰动噪声，可以作为建模滤波器的误差信号。对次级声通道进行在线建模也即使通过自适应调整滤波器使得其权系数稳定，即为次通道模型的传递函数，其计算公式为：
Wf(n+1)＝Wf(n)+2μv(n)f(n)
由此可得次级建模计算公式及其具体步骤。
步骤S203，将自适应建模器203中计算所得次级声通道模型复制至次级传递函数205中，通过自适应逆建模器206对次级声通道进行逆建模。逆建模过程与正建模过程相似，以反馈误差为控制目标，通过内置自适应算法调整滤波器权数，最终获取权数稳定值。自适应计算最终获取的权数稳定值即为次级声通道逆模型的传递函数。
步骤S204，通过自适应建模器203与自适应逆建模器206分别获取了次级声通道模型与次级声通道逆模型传递函数之后，分别将两组传递函数复制至系统控制器204与参考模型207之中组成控制系统的次级输出通路。202为真实次级通路，通过参考模型207与真实次级通路202串联实现利用逆建模消除真实次级通路对自适应算法影响。通过系统控制器204与真实次级通路202并联获取真实次级声通道输出与次级声通道模型输出误差，可以不断实时调整次级通路模型准确性。
优选的，本控制系统在步骤S202中添加了一个自适应对象扰动消除器，用于消除误差传感器在拾取误差信号时可能受到扰动信号的干扰。自适应对象扰动消除器具体结构及其在控制系统中安装位置具体如图5所示。
自适应对象扰动消除器的基本思想是复制的次级声通道模型和实际次级声通道有相同的输入，受到扰动的对象输出与模型无扰动输出之差就非常接近于对象输出扰动，将这个近似的扰动输入给干扰滤波器Q，干扰滤波器是次级声通道模型的一个最优最小二乘的逆，再将其输出从对象输入中减去以产生对象扰动的消除。
嵌入自适应对象扰动消除器的控制系统主要有两个部分组成，一个部分用于真正的扰动消除，而另一个部分则用于完成次级声通道逆建模从而求取扰动滤波器的传递函数。
需要强调的是，本发明各实施例中的所述的电力变压器包括电力变压器，本发明实施例所提供的基于逆控制技术的电力变压器噪声控方法特别适用于电力变压器的噪声抑制。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定，任何在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (1)
1.一种基于逆控制技术的电力变压器噪声控制方法，其特征在于，包括：
通过在电力变压器周边布放初级传感器采集电力变压器噪声源所产生的噪声信号，作为控制系统的参考信号；
通过布放在静音区的误差传感器采集静音区的次级降噪声源产生的降噪信号与电力变压器噪声源所产生的噪声信号叠加产生的误差信号；
对所述初级传感器和误差传感器采集的信号进行调理，然后进行模数转换后为一组离散数组存放在控制系统中；
控制系统根据所述误差信号，通过自适应建模器为次级声通道建立次级声通道模型，并根据所述次级声通道模型模拟所述次级降噪声源所产生的降噪声信号在空间中传播的物理过程，获取模拟次级声源声信号；
控制系统根据所述误差信号，通过自适应逆建模器对次级声通道进行逆建模，在控制系统中与所述次级声通道模型串联以抵消次级声通道对控制算法的影响，使得次级降噪声源与电力变压器噪声源保持高线性相关度；
对所述参考信号进行自适应滤波，计算出与所述参考信号幅值相等的声信号并进行反相处理，获得控制所述次级降噪声源的控制信号；
次级降噪声源根据所述控制信号输出降噪声信号；
其中，所述通过布放在静音区的误差传感器采集静音区的次级降噪声源产生的降噪信号与电力变压器噪声源所产生的噪声信号叠加产生的误差信号之后，还包括：
根据所述误差信号及其变化率对所述参考信号进行滤波处理，消除干扰误差以及次级声通道模型失配；
其中，所述对所述初级传感器和误差传感器采集的信号进行调理，然后进行模数转换后为一组离散数组存放在控制系统中包括：
对所述初级传感器采集的参考信号和误差传感器采集的误差信号进行调理；
将两组信号通过模数转换电路进行模数转换，将时域信号转换为一组离散数组存放在控制器系统中；
其中，在控制系统中与所述次级声通道模型串联从而抵消次级声通道对控制算法的影响，使得次级降噪声源与电力变压器噪声源保持高线性相关度，包括：
通过内置次级声通道逆建模器获取实际次级声通道模型的逆函数；
通过次级声通道逆模型与次级声通道模型串联，以抵消次级声通道模型对次级声信号的影响，使次级声源输出的降噪信号与原始噪声源信号保持一致；
其中，所述通过自适应建模器为次级声通道建立次级声通道模型，包括：
自适应建模器通过抖动信号对次级声通道进行在线建模；其中，控制系统在本步骤中添加了一个自适应对象扰动消除器，用于消除误差传感器在拾取误差信号时可能受到扰动信号的干扰；
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自适应逆建模器通过抖动信号对次级声通道进行在线逆建模；
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