CN105782631A - 基于多模型自适应切换的管道噪声控制方法及装置 - Google Patents

基于多模型自适应切换的管道噪声控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多模型自适应切换的管道噪声控制方法及装置，包括管道、声速传感器、噪声抑制扬声器、噪声抑制功率放大器和主动控制器，主动控制器与自适应滤波器和外围电路构成嵌入式噪声主动控制器，嵌入式噪声主动控制器与在管道的内壁上不同位置设置的误差噪声传感器、参考噪声传感器、声速传感器和噪声抑制扬声器连接，本发明通过采用多模型切换策略，能够适应次级通道模型的快速改变，能够满足多模型切换的实时性要求，同时使用外加测量设备，迅速实现多模型集切换，并通过声波的相消干涉原理，采用自适应滤波器，实现实时的管道噪声抑制。

Description

基于多模型自适应切换的管道噪声控制方法及装置
技术领域：
本发明涉及一种噪声控制装置，特别是涉及一种基于多模型自适应切换的管道噪声控制方法及装置。
背景技术：
目前广泛使用的噪声控制技术主要分为无源噪声控制和有源噪声控制两种，其中有源噪声控制，即噪声主动控制技术是当前研究的热点。噪声主动控制技术主要利用声波的相消干涉原理来进行噪声抑制。由于噪声源和声学环境通常是时变的，尤其是噪声抑制扬声器与误差噪声传感器之间的次级通道会随着温度和声音传播条件的改变而改变。诸多研究人员提出了许多噪声主动控制方法来实现次级通道的在线辨识与噪声的实时抑制，但当次级通道的模型突变时，目前已有的方法很难实现次级通道模型的实时准确辨识与噪声的实时有效控制。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过采用多模型切换策略，能够适应次级通道模型的快速改变，能够满足多模型切换的实时性要求，同时使用外加测量设备，迅速实现多模型集切换的基于多模型自适应切换的管道噪声控制方法及装置。
本发明的技术方案是：一种基于多模型自适应切换的管道噪声控制方法，其步骤是：
a、在管道内部不同位置分别安装声速传感器、参考噪声传感器、误差噪声传感器和噪声抑制扬声器；
b、将伪随机噪声通过噪声抑制扬声器在管道内进行播放，主动控制器采集误差噪声传感器的检测信号，通过最小均方算法，和对照不同的温度值，得到十个固定参数模型S1(z)到S10(z)，并构建包含十个固定参数模型的多模型集；
c、使用声速传感器测量得到待控噪声声速v(n)，使用参考噪声传感器，测量待控噪声的参考信号X(n)，以测量得到的待控噪声声速作为切换指标，并根据切换指标直接选择多模型集S1(z)到S10(z)中的一个固定参数模型作为S--1(z)，并通过噪声抑制功率放大器作用于噪声抑制扬声器对待控噪声进行主动抑制，使用误差噪声传感器，测量待控噪声经过主动抑制后的残差信号e(n)；
d、将参考信号x(n)和残差信号e(n)输入主动控制器，残差信号e(n)输入到自适应滤波器中，并采用最小均方算法LMS对自适应滤波器权值进行调整，参考信号x(n)与自适应滤波器的A(z)、B(z)做卷积运算，运算后的控制信号y(n)经过噪声抑制功率放大器，作用于噪声抑制扬声器，实现对管道噪声的实时抑制。
所述A(z)和B(z)分别为自适应滤波器的分子滤波器和分母滤波器，多模型集的构建在室内提前进行，且温度值的改变通过调整室内温度进行实现。
所述声速传感器测量得到待控噪声的最小声速和最大声速，所述自适应滤波器和主动控制器与外围电路构成包含多模型自适应切换控制算法的嵌入式噪声主动控制器，所述误差噪声传感器和参考噪声传感器均由噪声传感器和外围电路构成。
一种基于多模型自适应切换的管道噪声控制装置，包括管道、声速传感器、噪声抑制扬声器、噪声抑制功率放大器和主动控制器，所述主动控制器与自适应滤波器和外围电路构成嵌入式噪声主动控制器，所述嵌入式噪声主动控制器与在所述管道的内壁上不同位置设置的误差噪声传感器、参考噪声传感器、声速传感器和噪声抑制扬声器连接。
所述嵌入式噪声主动控制器与噪声抑制扬声器之间设置有噪声抑制功率放大器，所述误差噪声传感器和参考噪声传感器均由噪声传感器和外围电路构成。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过采用多模型切换策略，能够适应次级通道模型的快速改变，能够满足多模型切换的实时性要求，同时使用外加测量设备，迅速实现多模型集切换，并通过声波的相消干涉原理，采用自适应滤波器，实现实时的管道噪声抑制。
2、本发明采用噪声主动控制的硬件为通用设备，易于实现，方便扩展，噪声抑制效果与声速传感器、参考噪声传感器、误差噪声传感器、噪声抑制扬声器的安装位置无关，适用范围广，便于人员进行安装。
3、本发明使用声速传感器并结合不同的温度值，预先建立多模型集，工作时通过快速切换多模型集，并结合主动控制后的残差信号进行实时控制，工作运算量极小，实时性能远优于其他自适应控制方法。
4、本发明通过改变实验温度的方式，模拟慢时变时与快时变的工况，便于人们对多种工况进行模拟操作，通过检测到的实验数据对噪声的抑制效果进行观察，并对相关数据进行修改，便于对噪声更好的抑制。
附图说明：
图1为基于多模型自适应切换的管道噪声控制装置的结构示意图。
图2为基于多模型自适应切换的管道噪声控制方法的原理图。
图3为实施例中次级通道模型慢时变时的噪声抑制效果图。
图4为实施例中次级通道模型快时变时的噪声抑制效果图。
具体实施方式：
实施例：参见图1、图2、图3和图4，图中，1-声速传感器，2-参考噪声传感器，3-误差噪声传感器，4-噪声抑制扬声器，5-噪声抑制功率放大器，6-嵌入式噪声主动控制器,7-管道。
一种基于多模型自适应切换的管道噪声控制方法，其步骤是：
a、在管道7内部不同位置分别安装声速传感器1、参考噪声传感器2、误差噪声传感器3和噪声抑制扬声器4；
b、将伪随机噪声通过噪声抑制扬声器4在管道7内进行播放，主动控制器采集误差噪声传感器3的检测信号，通过最小均方算法，和对照不同的温度值，得到十个固定参数模型S1(z)到S10(z)，并构建包含十个固定参数模型的多模型集；
c、使用声速传感器1测量得到待控噪声声速v(n)，使用参考噪声传感器2，测量待控噪声的参考信号X(n)，以测量得到的待控噪声声速作为切换指标，并根据切换指标直接选择多模型集S1(z)到S10(z)中的一个固定参数模型作为S--1(z)，并通过噪声抑制功率放大器5作用于噪声抑制扬声器4对待控噪声进行主动抑制，使用误差噪声传感器3，测量待控噪声经过主动抑制后的残差信号e(n)；
d、将参考信号x(n)和残差信号e(n)输入主动控制器，残差信号e(n)输入到自适应滤波器中，并采用最小均方算法LMS对自适应滤波器权值进行调整，参考信号x(n)与自适应滤波器的A(z)、B(z)做卷积运算，运算后的控制信号y(n)经过噪声抑制功率放大器5，作用于噪声抑制扬声器4，实现对管道噪声的实时抑制。
如果使用a(n)=[a0(n)a1(n)LaL-1(n)]T表示A(z)的权值向量,使用b(n)=[b1(n)b2(n)Lbm(n)]T表示B(z)的权值向量,则采用权值调整算法可以表示为：a(n+1)=a(n)+μx＇(n)e(n),b(n+1)=b(n)+μy1＇(n-1)e(n),其中y1＇(n-1)=S1（n）*y(n-1).
所述A(z)和B(z)分别为自适应滤波器的分子滤波器和分母滤波器，多模型集的构建在室内提前进行，且温度值的改变通过调整室内温度进行实现。
声速传感器1测量得到待控噪声的最小声速和最大声速，自适应滤波器和主动控制器与外围电路构成包含多模型自适应切换控制算法的嵌入式噪声主动控制器6，误差噪声传感器3和参考噪声传感器2均由噪声传感器和外围电路构成。
基于多模型自适应切换的管道噪声控制装置，包括管道7、声速传感器1、噪声抑制扬声器4、噪声抑制功率放大器5和主动控制器，主动控制器与自适应滤波器和外围电路构成嵌入式噪声主动控制器6，嵌入式噪声主动控制器6与在管道7的内壁上不同位置设置的误差噪声传感器3、参考噪声传感器2、声速传感器1和噪声抑制扬声器4连接。
嵌入式噪声主动控制器6与噪声抑制扬声器4之间设置有噪声抑制功率放大器5，误差噪声传感器3和参考噪声传感器2均由噪声传感器和外围电路构成。
本实施例采用上述的基于多模型自适应切换的管道噪声控制装置进行噪声主动控制实验，实验的操作步骤如下：
(1)硬件安装：在管道7内部不同位置，分别安装一个声速传感器1、一个参考噪声传感器2、一个误差噪声传感器3、一个噪声抑制扬声器4，在噪声抑制扬声器4附近安装噪声抑制功率放大器5以及包含多模型自适应切换控制算法的嵌入式噪声主动控制器6;
(2)打开所有设备电源，通过改变实验室温度，进行次级通道多模型集的辨识：将伪随机噪声输入噪声抑制扬声器4，声速传感器1测量得到的最小声速为325米/秒,最大声速为355米/秒，包含多模型自适应切换控制算法的嵌入式噪声主动控制器6采集误差噪声传感器3的信号，对照不同温度，辨识得到十个固定参数模型S1(z)到S10(z)，构建一个包含十个固定参数模型的多模型集；
(3)通过改变实验温度对慢时变时与快时变时工况进行模拟，进行噪声主动控制实验：使用声速传感器1测量得到待控噪声的声速，使用参考噪声传感器2，测量待控噪声的参考信号x(n)，根据得到的待控噪声声速选择多模型集中S1(z)到S10(z)中的一个固定参数模型作为S1(z)，S1(z)通过噪声抑制扬声器4对待抑制噪声进行主动抑制，使用误差噪声传感器3，测量待控噪声经过主动抑制后的残差信号e(n)，将参考信号和残差信号输入包含多模型自适应切换控制算法的嵌入式噪声主动控制器6，参考信号x(n)与自适应滤波器的分子滤波器A(z)、分母滤波器B(z)做卷积运算得到控制信号y(n)，运算后的控制信号y(n)经过噪声抑制功率放大器5，作用于噪声抑制扬声器4，实现对管道噪声的实时抑制。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种基于多模型自适应切换的管道噪声控制方法，其步骤是：
a、在管道内部不同位置分别安装声速传感器、参考噪声传感器、误差噪声传感器和噪声抑制扬声器；
b、将伪随机噪声通过噪声抑制扬声器在管道内进行播放，主动控制器采集误差噪声传感器的检测信号，通过最小均方算法，和对照不同的温度值，得到十个固定参数模型S1(z)到S10(z)，并构建包含十个固定参数模型的多模型集；
c、使用声速传感器测量得到待控噪声声速v(n)，使用参考噪声传感器，测量待控噪声的参考信号X(n)，以测量得到的待控噪声声速作为切换指标，并根据切换指标直接选择多模型集S1(z)到S10(z)中的一个固定参数模型作为S--1(z)，并通过噪声抑制功率放大器作用于噪声抑制扬声器对待控噪声进行主动抑制，使用误差噪声传感器，测量待控噪声经过主动抑制后的残差信号e(n)；
d、将参考信号x(n)和残差信号e(n)输入主动控制器，残差信号e(n)输入到自适应滤波器中，并采用最小均方算法LMS对自适应滤波器权值进行调整，参考信号x(n)与自适应滤波器的A(z)、B(z)做卷积运算，运算后的控制信号y(n)经过噪声抑制功率放大器，作用于噪声抑制扬声器，实现对管道噪声的实时抑制。
2.根据权利要求1所述的基于多模型自适应切换的管道噪声控制方法，其特征是：所述A(z)和B(z)分别为自适应滤波器的分子滤波器和分母滤波器，多模型集的构建在室内提前进行，且温度值的改变通过调整室内温度进行实现。
3.根据权利要求1所述的基于多模型自适应切换的管道噪声控制方法，其特征是：所述声速传感器测量得到待控噪声的最小声速和最大声速，所述自适应滤波器和主动控制器与外围电路构成包含多模型自适应切换控制算法的嵌入式噪声主动控制器，所述误差噪声传感器和参考噪声传感器均由噪声传感器和外围电路构成。
4.一种基于多模型自适应切换的管道噪声控制装置，包括管道、声速传感器、噪声抑制扬声器、噪声抑制功率放大器和主动控制器，其特征是：所述主动控制器与自适应滤波器和外围电路构成嵌入式噪声主动控制器，所述嵌入式噪声主动控制器与在所述管道的内壁上不同位置设置的误差噪声传感器、参考噪声传感器、声速传感器和噪声抑制扬声器连接。
5.根据权利要求4所述的基于多模型自适应切换的管道噪声控制装置，其特征是：所述嵌入式噪声主动控制器与噪声抑制扬声器之间设置有噪声抑制功率放大器，所述误差噪声传感器和参考噪声传感器均由噪声传感器和外围电路构成。
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