CN113593516B - 主动式振动及噪声控制方法、系统、存储介质和船舶 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种主动式振动及噪声控制方法、系统、存储介质和船舶，包括：采集误差反馈信号；基于所述误差反馈信号重构参考信号；将所述参考信号分解为多个子带频率信号，并基于所述多个子带频率信号更新子带控制权值；基于所述子带控制权值生成全带权值；将所述参考信号与所述全带权值相卷积以获得控制信号，所述控制信号用于驱动执行机构实施主动控制动作；利用宽频算法降低主动控制时的运算量；同时参考信号先分解为多个子带频率信号，然后基于多个子带频率信号实现子带控制权值的更新，同时在更新的过程中实现各个子频带控制效果的人为调整，达到抑制系统在水下辐射噪声特性，具有较高的工程应用价值。
Description
技术领域
本申请涉及振动噪声主动控制技术领域，具体涉及一种主动式振动及噪声控制方法、系统、存储介质和船舶。
背景技术
船舶振动与噪声的控制技术一直是船舶界研究的热点与重点，针对低频振动的控制，传统被动式控制措施难以满足要求；主动控制技术对低频振动的控制具有更大的灵活性和适应性，也是目前业内公认解决低频振动问题的有效方法。船用大型动力设备的高功率密度化，其功率参数、振动能量都显著提升，低频振动特征谱是其本身的固有特性之一，振动频谱呈现梳状谱特性，其低频特性阶明显，从最低的0.5阶次、1.0阶次到较高的20.0阶次甚至40.0阶次都有突出的峰值。在振动主动控制系统可控频段5Hz-500Hz内，需要控制的频率最多可以达到80根线谱，无论是基于转速信号重构参考信号的控制算法还是窄带算法，都需要精确的事先知道被控阶次振动与基频振动的关系，然后通过“数线谱”的方式对各阶次峰值进行有效控制。要想对如此数量的振动阶次进行有效、合理控制，对控制器的性能和控制算法的设计提出了很高的要求。
基于转速信号重构参考信号的控制算法或窄带控制算法，对于每个阶次的控制都需要固定的控制运算。如果还需要考虑耦合控制的话，那么多输入多输出控制系统的控制运算量将会呈几何级数的增加，故针对该情况的主动控制，宜采用宽频算法。但是宽频算法在目标控制频段内，无法人为的调节控制效果，例如有些子频段内的阶次峰值是需要加强控制，有些子频段内的阶次峰值可以降低控制，现有的宽频算法还无法实现各子频带控制效果的人为调节功能。
在对现有技术研究和实践的过程中，本申请的发明人发现，原有算法还不能完全满足工程实际的需求，尤其是在控制具有梳状谱特性的低频振动时，在目标控制频段内无法人为地调节控制效果。
发明内容
本申请实施例提供一种主动式振动及噪声控制方法、系统、存储介质和船舶，可以在宽频算法中调节频段内各子频带内控制效果，有效提高低频段振动总级的控制效果。
本申请实施例提供一种主动式振动及噪声控制方法，包括：
采集误差反馈信号；
基于所述误差反馈信号重构参考信号；
将所述重构的参考信号分解为多个子带频率信号，并基于所述多个子带频率信号更新子带控制权值；
基于所述子带控制权值生成全带权值；
将所述重构的参考信号与所述全带权值相卷积以获得控制信号，所述控制信号用于驱动执行机构实施主动控制动作。
可选的，所述将所述重构的参考信号分解为多个子带频率信号的步骤包括：
将所述重构的参考信号分解为多个时域信号形式的子带频率信号。
可选的，所述基于所述多个子带频率信号更新子带控制权值的步骤包括：
根据最速下降算法并以所述误差反馈信号最小为控制目标，对所述多个子带频率信号进行实时运算，以更新所述子带控制权值；其中，更新所述子带控制权值包括调整与每个子带对应的权值的控制因子的幅值。
可选的，所述基于所述子带控制权值生成全带权值的步骤包括：
基于更新后的各个所述子带控制权值，并根据Stacking算法生成所述全带权值。
可选的，基于误差反馈信号重构所述参考信号包括：
获取误差反馈信号e(n)，并根据以下公式重构所述参考信号x(n)，
其中，x(n)为参考信号；e(n)为误差反馈信号；u(n)为滤波器输出信号，为次级通道辨识参数；n为时刻。
可选的，根据最速下降算法并以误差反馈信号最小为控制目标，对所述多个子带频率信号进行实时运算，以更新所述子带控制权值的步骤包括：
将各个子带频率信号进行降采样处理；
以所述误差反馈信号最小为控制目标，并根据以下公式对经降采样处理后的各所述子带频率信号进行实时运算，以更新各个所述子带控制权值Wz(n)；
其中，x(n)为参考信号，e(n)为误差反馈信号，Wz(n)为子带控制权值，μ为控制步长，||x(n-1)||2为参考信号的2范数，γ为防系统发散因子，n为时刻。
可选的，基于更新后的各个所述子带控制权值，并根据Stacking算法生成所述全带权值的步骤包括：
对各个所述子带控制权值进行升采样处理；
基于经升采样处理后的各个所述子带控制权值Wz(n)，根据以下公式生成全带权值Wq(n)；
Wq(L)＝Wz(L(2N/M))，(L∈[0，N/2])
Wz(L)＝0，(L＝N/2)
Wz(L)＝Wz(N-L)*，(L∈(N/2,N]，*表示取共轭)
其中，M为子带的个数，N为全带权值个数；L是各子带的权值个数，Wz(L)为子带控制权值，Wq(L)为全带权值。
可选的，所述调整与每个子带对应的权值的控制因子的幅值包括：根据以下公式调整各个权值的控制因子的幅值：
其中，k0，k1，…，kM为各个子带对应的权值的控制因子，M为子带个数，x(n)为参考信号，e(n)为误差反馈信号，Wz(n)为子带控制权值，μ为控制步长，||x(n-1)||2为参考信号的2范数，γ为防系统发散因子，n为时刻。
相应的，本申请实施例还提供一种主动式振动及噪声控制系统，包括：
重构模块，利用采集的误差反馈信号重构参考信号；
分解模块，用于将所述重构的参考信号分解为多个子带频率信号；
权值生成模块，利用所述多个子带频率信号更新子带控制权值，并基于所述子带控制权值生成全带权值；
控制模块，用于将所述重构的参考信号与所述全带权值相卷积以获得控制信号，并通过所述控制信号驱动执行机构实施主动控制动作。
可选的，所述分解模块用于将所述重构的参考信号分解为多个时域信号形式的子带频率信号。
可选的，所述权值生成模块根据最速下降算法并以误差反馈信号最小为控制目标，对所述多个子带频率信号进行实时运算，以更新所述子带控制权值；其中，更新所述子带控制权值包括调整与每个子带对应的权值的控制因子的幅值。
可选的，所述权值生成模块将更新后的各个所述子带控制权值根据Stacking算法生成所述全带权值。
可选的，所述重构模块利用获取的误差反馈信号，并根据以下公式重构参考信号，
其中，x(n)为参考信号；e(n)为误差反馈信号，u(n)为滤波器输出信号，为次级通道辨识参数，n为时刻。
可选的，所述权值生成模块包括降采样模块；所述降采样模块将各个子带频率信号进行降采样处理后，以所述误差反馈信号最小为控制目标，所述权值生成模块根据以下公式进行实时运算，以更新各个所述子带控制权值；
其中，X(n)为参考信号，e(n)为误差反馈信号，Wz(n)为子带控制权值，μ为控制步长，||x(n-1)||2为参考信号的2范数，γ为防系统发散因子，n为时刻。
可选的，所述权值生成模块包括升采样模块；所述升采样模块将各个所述子带控制权值进行升采样处理后，并根据以下公式处理各个所述子带控制权值，以生成所述全带权值；
Wq(L)＝Wz(L(2N/M))，(L∈[0，N/2])
Wz(L)＝0，(L＝N/2)
Wz(L)＝Wz(N-L)*，(L∈(N/2,N]，*表示取共轭)
其中，M为子带的个数，N为全带权值个数；L是各子带的权值个数；Wz(L)为子带控制权值；Wq(L)为全带权值。
可选的，所述权值生成模块基于以下公式调整各个权值的控制因子的幅值；
其中，k0，k1，…，kM为各个子带对应的权值的控制因子，M为子带个数；X(n)为参考信号，e(n)为误差反馈信号，Wz(n)为子带控制权值，μ为控制步长，||x(n-1)||2为参考信号的2范数，γ为防系统发散因子，n为时刻。
可选的，所述系统还包括执行机构，所述执行结构用于接收所述控制模块发送的控制信号，并基于所述控制信号实施主动控制动作。
可选的，所述系统还包括传感器，用以获取振动加速度信号，并根据所述振动加速度信号获得所述误差反馈信号。
相应的，本申请实施例还提供一种船舶，所述船舶包括所述的主动式振动及噪声控制系统。
相应的，本申请实施例还提供一种用以存储处理器可执行指令的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储的处理器可执行指令在被执行时能够致使处理器实施所述的主动式振动及噪声控制方法。
本实施例中的主动式振动及噪声控制方法基于无延时子带算法，利用宽频算法降低主动控制时的运算量；同时参考信号先分解为多个子带频率信号，然后基于多个子带频率信号实现子带控制权值的更新，同时在更新的过程中实现各个子频带控制效果的人为调整，达到抑制系统在水下辐射噪声特性，具有较高的工程应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是主动式振动及噪声控制方法的流程示意图；
图2是基于无延时子带宽频输出权值调节的算法原理图；
图3是无延时子带算法原理图；
图4是误差反馈信号重构参考信号原理图；
图5是Fx-LMS的自适应控制框图；
图6是主动式振动及噪声控制系统的原理图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”通常是指装置实际使用或工作状态下的上和下，具体为附图中的图面方向；而“内”和“外”则是针对装置的轮廓而言的。
本申请实施例提供一种主动式振动及噪声控制方法、系统、存储介质和船舶。以下分别进行详细说明。需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。
实施例
本申请的第一实施例提供了一种主动式振动及噪声控制方法，其主要适用于大型动力设备主动消振系统，尤其适用于控制具有梳状谱特性的低频振动。如图1-图6所示，主动式振动及噪声控制方法主要包括以下步骤：
S100、采集误差反馈信号，并基于所述误差反馈信号重构参考信号；其中，上述参考信号是指与目标信号(外界信号)强相关，并且容易拾取、方便处理的信号，比如振动信号或者旋转设备的转速信号；
参考信号的重构方式会影响到控制系统输出，当重构方式不理想时，控制系统输出会直接影响重构后的参考信号，致使系统输出不断增大，易导致系统系失效甚至发散。针对适用于本申请的主动式振动及噪声控制方法的大功率柴油机的隔振系统，柴油机的振动具有明显的梳状谱特性，即阶次特性突出并且数量丰富，控制信号的产生一般通过柴油机的转速信号进行生成。在控制系统得到转速的基频之后，控制算法通过系数与基频的乘积生成含有其他频率的参考信号。但是上述重构参考信号的方式中，每多生成一个频率成分的参考信号，控制系统的计算量都会急剧的增加，因而通过转速信号生成参考信号的方式对于柴油机梳状谱特性振动的主动控制效果相对不理想。
在进一步的改进中，参照图4中的原理图，可以利用误差反馈信号重构参考信号：
S101、获取误差反馈信号e(n)；
S102、根据以下公式利用上述误差反馈信号e(n)重构所述参考信号x(n)，
其中，x(n)为参考信号；e(n)为误差反馈信号；u(n)为滤波器输出信号，为次级通道辨识参数，n为时刻。
误差反馈信号(即误差信号)e(n)为目标信号(即外界信号)和上一时刻滤波器输出信号相互叠加生成的信号。目标信号是指需要对其进行主动抑制的信号，比如柴油机机脚的振动加速度信号，辅助泵类基座或机脚的振动加速度信号，船体结构、舱壁的振动加速度信号等。
外界信号与误差反馈信号是两个完全相关的信号，利用误差反馈信号重构参考信号，理论上可以使得该控制系统的控制效果最大化。
滤波器输出信号u(n)是用于驱动执行机构实施主动控制动作的控制信号，控制信号通过执行机构输出能量，同时控制信号会通过次级通道传递，使得其与目标信号进行叠加，以形成下一时刻的误差反馈信号。
次级通道辨识参数是控制系统在完成系统初始化后，通过完成次级通道辨识，获取次级通道辨识参数。次级通道就是执行机构位置到误差传感器位置的振动传递通路；次级通道辨识参数就是指执行机构位置到误差传感器位置的传递函数。
在实际工程应用中，误差反馈信号e(n)并不是滤波器输出信号即控制器输入u(n)和外界信号d(n)简单的线性叠加，如图5所示，滤波器输出信号u(n)和误差反馈信号e(n)之间存在一个次级通道H(z)，对应的脉冲序列为h(n)。通过控制系统输出保证系统运行时的稳定性。同时，通过上述误差反馈信号重构的参考信号，含有被控频段内所有振动频率信息，对柴油机梳状谱振动在被控频段内所有的阶次振动均控制效果。
S200、将所述重构的参考信号分解为多个子带频率信号；
将重构的参考信号分解为多个子带频率信号，便于后续单独调整各个子带控制权值，从而实现各个子频带控制效果的人为调整。
在进一步的改进中，将所述重构的参考信号分解为多个时域信号形式的子带频率信号。
如图2-图5所示，F0(Z)为各个子带的带通滤波器函数，重构后的参考信号一部分通过带通滤波器后，被分解为含有n个子带频率成分的时域信号，利用带通滤波器实现被控信号的分解，以便于后续利用权值调节因子实现宽频算法在目标控制频段内人为调节子频段内的阶次峰值。
S210、基于所述多个子带频率信号更新子带控制权值；
在进一步的改进中，所述基于所述多个子带频率信号更新子带控制权值的步骤包括：
根据最速下降算法并以误差反馈信号最小为控制目标，对所述多个子带频率信号进行实时运算，以更新所述子带控制权值；其中，更新所述子带控制权值包括调整与每个子带对应的权值的控制因子的幅值。
最速下降算法基于最速下降法原理，利用瞬时误差的平方值代替均方误差的随机梯度，避免了由一般梯度估值带来的弊端，自适应前馈LMS算法广泛的应用在振动和噪声的主动控制中，其中Fx-LMS算法应用最为广泛。
在利用最速下降算法更新各个子带控制权值时，以误差反馈信号最小为控制目标进行实时运算，在运算的过程中不断减小外界干扰信号对系统的影响，以保证主动控制系统的运行效果。
在另一实施例中，步骤S210包括以下步骤：
S211、将各个子带频率信号进行降采样处理；
S212、以所述误差反馈信号最小为控制目标，并根据以下公式对经降采样处理后的各所述子带频率信号进行实时运算，以更新各个所述子带控制权值Wz(n)；
其中，x(n)为参考信号，e(n)为误差反馈信号，Wz(n)为子带控制权值，μ为控制步长，||x(n-1)||2为参考信号的2范数，γ为防系统发散因子，n为时刻。
对分解后的时域信号进行降采样处理，降低数据传输速率或者数据大小。通过降采样处理可以极大的减少控制算法的运算量，降低系统的延时。
S213、更新所述子带控制权值时，与每个子带对应的权值的控制因子的幅值包括：根据以下公式调整各个权值的控制因子的幅值：
其中，k0，k1，…，kM为各个子带对应的权值的控制因子，以用于调整各所述子带的控制效果，M为子带个数，x(n)为参考信号，e(n)为误差反馈信号，Wz(n)为子带控制权值，μ为控制步长，||x(n-1)||2为参考信号的2范数，γ为防系统发散因子，n为时刻。
主动式振动及噪声控制系统在实际工程应用中，如需要提升某子带的阶次峰值，即子带的控制效果，可以提高该子带对应的权值控制因子的幅值。若某些子带无需过多的控制效果，甚至不需要进行控制，则可适当减小该子带对应的权值控制因子的幅值，甚至直接赋值为0。因而通过调整权值控制因子的幅值，能够根据运行的实际需要，对不同的子带进行单独控制，使得主动控制系统在满足工程应用的要求下，还能够节约控制系统的功率。
S220、基于所述子带控制权值生成全带权值；
将更新后的子带控制权值生成全带权值，当将所述参考信号与所述全带权值相卷积获得控制信号时，上述控制信号中各个子带已经根据运行环境实现了人为调整。
在进一步改进的方案中，所述基于所述子带控制权值生成全带权值的步骤包括：
基于更新后的各个所述子带控制权值，并根据Stacking算法生成所述全带权值。
Stacking方法是一种分层模型集成框架，以两层为例，首先将数据集分成训练集和测试集，利用训练集训练得到多个初级学习器，然后用初级学习器对测试集进行预测，并将输出值作为下一阶段训练的输入值，最终的标签作为输出值。由于两次所使用的训练数据不同，因此可以在一定程度上防止过拟合。
在另一实施例中，步骤S220包括以下步骤：
S221、对各个所述子带控制权值进行升采样处理；
S222、基于经升采样处理后的各个所述子带控制权值Wz(n)，根据以下公式生成全带权值Wq(n)；
Wq(L)＝Wz(L(2N/M))，(L∈[0，N/2])
Wz(L)＝0，(L＝N/2)
Wz(L)＝Wz(N-L)*，(L∈(N/2,N]，*表示取共轭)
其中，M为子带的个数，N为全带权值个数；L是各子带的权值个数，Wz(L)为子带控制权值，Wq(L)为全带权值。
升采样是一种插值的过程，其与步骤S211中的降采样对应，利用降采样和升采样的配合，在更新各子带控制权值、获取全带权值时，能够减少控制算法的运算量，降低系统的延时。
S300、将所述重构的参考信号与所述全带权值相卷积以获得控制信号，所述控制信号用于驱动执行机构实施主动控制动作。
具体的，本申请中控制系统信号输出的公式为：
u(n)＝Wq(n)*x(n)
其中，u(n)为滤波器输出信号(即控制器输入信号)，Wq(n)为全带权值；x(n)为参考信号，n为时刻。
在工程应用中，当通过误差反馈信号重构参考信号时，控制系统的输出功率是有限的，而且不同频段的振动对船体和水声都有不同的影响，故要求自适应控制系统具有自带控制输出权值调节功能。在应用中可以针对不同自带的控制要求，提升某些自带的控制效果，或降低某些对船体或水声影响较小子带的控制效果。
主动式振动及噪声控制方法完成一次控制信号输出的过程如下：主动式控制系统完成系统初始化后，通过次级通道辨识获得次级通道辨识参数，转入系统控制的智能控制阶段；振动传感器采集振动信号，重构出参考信号；参考信号和误差反馈信号通过带通滤波器，分成子带频率信号后并进行降采样处理，各个子带频率信号根据权值更新公式，完成子带控制权值更新；各个子带控制权值乘以各个权值的控制因子的幅值(子带增益因子)后，进行升采样处理；最后利用stacking公式将子带控制权值生成全带权值；参考信号与全带权值进行卷积运算，完成控制系统控制信号计算；控制信号通过执行机构输出能量，然后控制信号与目标信号(外界信号)的叠加，形成下一时刻的误差反馈信号，误差反馈信号通过振动传感器采集，再一次进入系统，进行下一次的循环计算。
本申请结合基于误差反馈信号重构的参考信号、宽带控制LMS算法和Stacking无延时子带算法，在宽频算法中实现了通过误差振动信号重构参考信号的方式和控制频段内各子频带内控制效果的综合有效调节，确保了主动控制系统在运行时的稳定性，在大功率柴油机振动主动控制的工程实际中得到了有效应用。
与上述方法实施例相关联，参照图6所示的主动控制系统原理图，本申请还提供了一种主动式振动及噪声控制系统。该主动控制系统是多输入多输出的耦合主动控制系统，输入信号包括多路的振动信号，振动信号通过振动传感器的拾取进入控制系统，信号完成A/D转换后进入算法，计算输出信号经过D/A转换后，通过多路输出通道输出至执行机构。
上述主动式振动及噪声控制系统包括：
重构模块，利用采集的误差反馈信号重构参考信号；
分解模块，用于将所述重构的参考信号分解为多个子带频率信号；
权值生成模块，利用所述多个子带频率信号更新子带控制权值，并基于将所述子带控制权值生成全带权值；
控制模块，用于将所述参考信号与所述全带权值相卷积以获得控制信号，并通过所述控制信号驱动执行机构实施主动控制动作。
在实际的工程应用中，检测的信号一路进入重构模块，用于生产宽频参考信号；另一路进入权值生成模块，用于控制算法实时识别柴油机筏架位置的残余振动信号，更新全带的权值参数。根据对被控频段各子带控制效果的实际需求，更新子带控制权值，对全带的权值参数中各子带频率的贡献量进行调节。主动控制系统利用重构的参考信号和更新的全带权值参数，最终输出控制信号，实现对柴油机筏架的宽频主动控制。
在5Hz-500Hz的被控频带范围内，对需要重点控制的子带进行有效控制，在一定程度上可以弥补传统隔振系统低频振动的控制短板，有效提高低频段振动总级的控制效果。对于需要重点控制的特性线谱，通过更新子带控制权值，提高对某些特征频率的控制效果，从而抑制其水下辐射噪声特性，具有较高的工程应用价值。
在进一步优选的方案中，所述分解模块用于将所述重构的参考信号分解为多个时域信号形式的子带频率信号。
在进一步优选的方案中，所述权值生成模块根据最速下降算法并以误差反馈信号最小为控制目标，对所述多个子带频率信号进行实时运算，以更新所述子带控制权值；其中，更新所述子带控制权值包括调整与每个子带对应的权值的控制因子的幅值。
在进一步优选的方案中，所述权值生成模块包括降采样模块；所述降采样模块将各个子带频率信号进行降采样处理后，以所述误差反馈信号最小为控制目标，所述权值生成模块根据以下公式进行实时运算，以更新各个所述子带控制权值；
其中，X(n)为参考信号，e(n)为误差反馈信号，Wz(n)为子带控制权值，μ为控制步长，||x(n-1)||2为参考信号的2范数，γ为防系统发散因子，n为时刻。
在进一步优选的方案中，所述权值生成模块还用于将更新后的各个所述子带控制权值根据Stacking算法生成所述全带权值。
与上述权值生成模块对应的，权值生成模块包括升采样模块；所述升采样模块将各个所述子带控制权值进行升采样处理后，并根据以下公式处理各个所述子带控制权值，以生成所述全带权值；
Wq(L)＝Wz(L(2N/M))，(L∈[0，N/2])
Wz(L)＝0，(L＝N/2)
Wz(L)＝Wz(N-L)*，(L∈(N/2,N]，*表示取共轭)
其中，M为子带的个数，N为全带权值个数；L是各子带的权值个数；Wz(L)为子带控制权值；Wq(L)为全带权值。
此外，所述权值生成模块基于以下公式调整各个权值的控制因子的幅值；
其中，k0，k1，…，kM为各个子带对应的权值的控制因子，M为子带个数；X(n)为参考信号，e(n)为误差反馈信号，Wz(n)为子带控制权值，μ为控制步长，||x(n-1)||2为参考信号的2范数，γ为防系统发散因子，n为时刻。
在进一步优选的方案中，所述重构模块利用获取的误差反馈信号，并根据以下公式重构参考信号，
其中，x(n)为参考信号；e(n)为误差反馈信号，u(n)为滤波器输出信号，n为时刻，为次级通道辨识参数。
在另一实施例中，所述系统还包括所述执行机构，所述执行结构用于接收所述控制模块发送的控制信号，并基于所述控制信号实施主动控制动作，实现对隔振系统的宽频主动控制。
在另一实施例中，所述系统还包括传感器，用以采集振动加速度信号，并根据所述振动加速度信号获得所述误差反馈信号，本申请中传感器设置在执行机构上。
本申请中为了减小系统输出，保持系统的稳定性，因而利用获取的误差反馈信号输入重构模块，因而本申请中的传感器优选误差传感器，用以获取振动加速度信号。
在另一实施例中，所述执行机构对称布置。
在实际工程应用中，主动式振动及噪声控制系统的执行机构由于空间尺寸的考虑，左右两侧对称布置，安装在柴油机隔振系统的筏架上。
与上述主动式振动及噪声控制系统实施例相关联，本申请还提供了一种船舶，所述船舶包括所述的主动式振动及噪声控制系统。
与上述主动式振动及噪声控制方法实施例相关联，本申请还提供了一种用以存储处理器可执行指令的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储的处理器可执行指令在被执行时能够致使处理器实施所述的主动式振动及噪声控制方法。
以上对本申请实施例所提供的一种主动式振动及噪声控制方法、系统、存储介质和船舶进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (18)
1.一种主动式振动及噪声控制方法，其特征在于，包括：
采集误差反馈信号；
基于所述误差反馈信号重构参考信号；
将所述重构的参考信号分解为多个子带频率信号，并基于所述多个子带频率信号更新子带控制权值；
基于所述子带控制权值生成全带权值；
将所述重构的参考信号与所述全带权值相卷积以获得控制信号，所述控制信号用于驱动执行机构实施主动控制动作；
所述基于所述多个子带频率信号更新子带控制权值的步骤包括：
根据最速下降算法并以误差反馈信号最小为控制目标，对所述多个子带频率信号进行实时运算，以更新所述子带控制权值；其中，更新所述子带控制权值包括调整与每个子带对应的权值的控制因子的幅值。
2.根据权利要求1所述的主动式振动及噪声控制方法，其特征在于，所述将所述重构的参考信号分解为多个子带频率信号的步骤包括：
将所述重构的参考信号分解为多个时域信号形式的子带频率信号。
3.根据权利要求1所述的主动式振动及噪声控制方法，其特征在于，所述基于所述子带控制权值生成全带权值的步骤包括：
基于更新后的各个所述子带控制权值，并根据Stacking算法生成所述全带权值。
4.根据权利要求1所述的主动式振动及噪声控制方法，其特征在于，基于误差反馈信号重构所述参考信号包括：
获取误差反馈信号e(n)，并根据以下公式重构所述参考信号x(n)，
其中，x(n)为参考信号；e(n)为误差反馈信号；u(n)为滤波器输出信号，为次级通道辨识参数；n为时刻。
5.根据权利要求1所述的主动式振动及噪声控制方法，其特征在于，根据最速下降算法并以误差反馈信号最小为控制目标，对所述多个子带频率信号进行实时运算，以更新所述子带控制权值的步骤包括：
将各个子带频率信号进行降采样处理；
以所述误差反馈信号最小为控制目标，并根据以下公式对经降采样处理后的各所述子带频率信号进行实时运算，以更新各个所述子带控制权值Wz(n)；
其中，x(n)为参考信号，e(n)为误差反馈信号，Wz(n)为子带控制权值，μ为控制步长，||x(n-1)||2为参考信号的2范数，γ为防系统发散因子，n为时刻。
6.根据权利要求3所述的主动式振动及噪声控制方法，其特征在于，基于更新后的各个所述子带控制权值，并根据Stacking算法生成所述全带权值的步骤包括：
对各个所述子带控制权值进行升采样处理；
基于经升采样处理后的各个所述子带控制权值Wz(n)，根据以下公式生成全带权值Wq(n)；
Wq(L)＝Wz(L(2N/M))(L∈[0，N/2])
Wz(L)＝0，(L＝N/2)
Wz(L)＝Wz(N-L)*，(L∈(N/2，N]，*表示取共轭)
其中，M为子带的个数，N为全带权值个数；L是各子带的权值个数，Wz(L)为子带控制权值，Wq(L)为全带权值。
7.根据权利要求1所述的主动式振动及噪声控制方法，其特征在于，所述调整与每个子带对应的权值的控制因子的幅值包括：根据以下公式调整各个权值的控制因子的幅值：
其中，k0，k1，…，kM为各个子带对应的权值的控制因子，M为子带个数，x(n)为参考信号，e(n)为误差反馈信号，Wz(n)为子带控制权值，μ为控制步长，||x(n-1)||2为参考信号的2范数，γ为防系统发散因子，n为时刻。
8.一种主动式振动及噪声控制系统，其特征在于，包括：
重构模块，利用采集的误差反馈信号重构参考信号；
分解模块，用于将所述重构的参考信号分解为多个子带频率信号；
权值生成模块，利用所述多个子带频率信号更新子带控制权值，并基于所述子带控制权值生成全带权值；
控制模块，用于将所述重构的参考信号与所述全带权值相卷积以获得控制信号，并通过所述控制信号驱动执行机构实施主动控制动作；
所述权值生成模块根据最速下降算法并以所述误差反馈信号最小为控制目标，对所述多个子带频率信号进行实时运算，以更新所述子带控制权值；其中，更新所述子带控制权值包括调整与每个子带对应的权值的控制因子的幅值。
9.根据权利要求8所述的主动式振动及噪声控制系统，其特征在于，所述分解模块用于将所述重构的参考信号分解为多个时域信号形式的子带频率信号。
10.根据权利要求8所述的主动式振动及噪声控制系统，其特征在于，所述权值生成模块用于将更新后的各个所述子带控制权值根据Stacking算法生成所述全带权值。
11.根据权利要求8所述的主动式振动及噪声控制系统，其特征在于，所述重构模块利用获取的误差反馈信号，并根据以下公式重构参考信号，
其中，x(n)为参考信号；e(n)为误差反馈信号，u(n)为滤波器输出信号，为次级通道辨识参数，n为时刻。
12.根据权利要求8所述的主动式振动及噪声控制系统，其特征在于，所述权值生成模块包括降采样模块；所述降采样模块将各个子带频率信号进行降采样处理后，以所述误差反馈信号最小为控制目标，所述权值生成模块根据以下公式进行实时运算，以更新各个所述子带控制权值；
其中，X(n)为参考信号，e(n)为误差反馈信号，Wz(n)为子带控制权值，μ为控制步长，||x(n-1)||2为参考信号的2范数，γ为防系统发散因子，n为时刻。
13.根据权利要求10所述的主动式振动及噪声控制系统，其特征在于，所述权值生成模块包括升采样模块；所述升采样模块将各个所述子带控制权值进行升采样处理后，并根据以下公式处理各个所述子带控制权值，以生成所述全带权值；
Wq(L)＝Wz(L(2N/M))(L∈[0，N/2])
Wz(L)＝0，(L＝N/2)
Wz(L)＝Wz(N-L)*，(*表示取共轭)
其中，M为子带的个数，N为全带权值个数；L是各子带的权值个数；Wz(L)为子带控制权值；Wq(L)为全带权值。
14.根据权利要求8所述的主动式振动及噪声控制系统，其特征在于，所述权值生成模块基于以下公式调整各个权值的控制因子的幅值；
其中，k0，k1，…，kM为各个子带对应的权值的控制因子，M为子带个数；X(n)为参考信号，e(n)为误差反馈信号，Wz(n)为子带控制权值，μ为控制步长，||x(n-1)||2为参考信号的2范数，γ为防系统发散因子，n为时刻。
15.根据权利要求8所述的主动式振动及噪声控制系统，其特征在于，所述系统还包括执行机构，所述执行结构用于接收所述控制模块发送的控制信号并基于所述控制信号实施主动控制动作。
16.根据权利要求15所述的主动式振动及噪声控制系统，其特征在于，所述系统还包括传感器，用以采集振动加速度信号，并根据所述振动加速度信号获得所述误差反馈信号。
17.一种船舶，所述船舶包括如权利要求8至16任一个所述的主动式振动及噪声控制系统。
18.一种用以存储处理器可执行指令的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储的处理器可执行指令在被执行时能够致使处理器实施如权利要求1至7中任一个权利要求所述的主动式振动及噪声控制方法。
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