CN116364044A - 一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统 - Google Patents

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CN116364044A CN202310100414.0A CN202310100414A CN116364044A CN 116364044 A CN116364044 A CN 116364044A CN 202310100414 A CN202310100414 A CN 202310100414A CN 116364044 A CN116364044 A CN 116364044A
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Abstract

本发明提供一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统，本系统采用分布式算法针对室外自由场变压器噪声进行有源噪声控制，本系统包括：变压器噪声参考信号模块包括独立存在多个参考麦克风，用于给系统提供得参考输入信号；网络节点降噪组件包括多个网络节点降噪模块；每个网络节点降噪模块根据多个参考输入信号计算出与当前网络节点降噪模块处的参考变压器噪声相位相反和幅值相同的输出信号，与变压器噪声信号相叠加，从而在当前网络节点降噪模块处达到降噪的目的。本发明提出的方案，用于室外自由场的变压器降噪，通过降低变压器周围环境噪声，给居民带来健康的生活环境，具有广阔的扩展性和实用性。

Description

一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统
技术领域
本发明属于变压器领域，尤其涉及一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统。
背景技术
伴随着中国经济快速发展，用电需求飙升迅速，导致越来越多的电力变压器建于城市的商业区和居民区附近，使我国噪声污染问题日益严重。变压器在工作的过程中会产生低频噪声，这些低频噪声具有很强的穿透力，绕射性强，传播范围非常广。不但会对其它电子设备的正常工作产生影响。同时，噪声损害人们的身心健康。
传统的无源噪声控制方法使用吸音，阻挡等方式难以解决低频噪声问题。采用有源噪声控制方式，是解决低频噪声最主要的，最根本的手段。
室外变压器噪声，属于自由空间的噪声，必须采用多通道有源噪声控制系统。而在控制策略上集中式多通道有源噪声控制存在大量次级通道耦合和复杂的矩阵运算。集中式多通道有源噪声控制在实际应用中，控制器需要承担巨大的运算量，从而导致系统降噪效果非常不理想。使用普通的多通道一对一分布式降噪系统，因忽略大量扬声器和误差麦克风之间的耦合，整体降噪效果会比多通道集中式降噪系统差很多，达不到有效的降噪效果。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统的技术方案。
本发明第一方面公开了一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统，所述系统包括：变压器噪声参考信号模块和网络节点降噪组件；
所述变压器噪声参考信号模块包括多个参考麦克风，多个参考麦克风之间是独立存在的，每个参考麦克风只收集自身位置的参考变压器噪声，并将参考变压器噪声从模拟量转化为数字量，得到参考输入信号；所述变压器噪声参考信号模块将多个参考输入信号输出给多个网络节点降噪模块；
所述网络节点降噪组件包括多个网络节点降噪模块；每个网络节点降噪模块根据多个参考输入信号计算出与当前网络节点降噪模块处的参考变压器噪声相位相反和幅值相同的输出信号，输出信号与当前网络节点降噪模块处的变压器噪声信号相叠加，从而在当前网络节点降噪模块处达到降噪的目的。
根据本发明第一方面的系统，多个网络节点降噪模块组成环形拓扑网络结构，所述环形拓扑网络结构部署在变压器的三个方向；环形拓扑网络结构中第k个网络节点降噪模块只会与第k-1和第k+1个网络节点降噪模块相连，最后一个网络节点降噪模块会连接第1个网络节点降噪模块，使得拓扑网络结构成一个环状。
根据本发明第一方面的系统，所述网络节点降噪模块包括：次级扬声器、误差麦克风、多个模拟次级通道和控制器；
所述控制器为有限长单位冲激响应滤波器；所述多个参考输入信号输入所述控制器进行滤波，得到滤波信号；所述控制器再将所述滤波信号输出给次级扬声器，所述次级扬声器输出与当前网络节点降噪模块处的参考变压器噪声相位相反和幅值相同的输出信号；
所述误差麦克风的输出为所述次级扬声器输出与当前网络节点降噪模块处噪声的差值信号；
次级通道指的次级扬声器到误差麦克风之间的声道；
所述模拟次级通道是模仿次级通道对次级扬声器和控制器的输出影响；
所述多个参考输入信号输入所述多个模拟次级通道和控制器，产生次级输入信号；
所述控制器通过所述误差信号和次级输入信号更新有限长单位冲激响应滤波器的权重系数。
根据本发明第一方面的系统，所述控制器通过所述误差信号和次级输入信号更新有限长单位冲激响应滤波器的权重系数的方法，即所述有限长单位冲激响应滤波器的权重系数的更新公式为：
Figure BDA0004073015420000031
其中，w(n)为n时刻的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数，w(n-1)为n-1时刻的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数，μ为更新步长，vk(n)为次级输入信号，ek(n)为误差信号，N为网络节点降噪模块的个数。
根据本发明第一方面的系统，所述模拟次级通道是通过离线辨识得到的，具体方法包括：
所述模拟次级通道的公式为：
Figure BDA0004073015420000032
其中，
Figure BDA0004073015420000033
为模拟次级通道的权重系数，x(n-i)为模拟次级通道的输入，M为模拟次级通道的长度；
采用最小均方算法更新模拟次级通道的权重系数，通过算法迭代使误差信号达到预设值，得到辨识的模拟次级通道的权重系数。
根据本发明第一方面的系统，所述系统还包括：控制器通信组件；
所述控制器通信组件包括多个控制器通信模块；控制器通信模块的数量与网络节点降噪模块数量相同；
第k-1个控制器通信模块将第k-1个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数传递给第k个控制器通信模块；第k个控制器通信模块应用第k-1个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数调整第k个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数。
根据本发明第一方面的系统，所述第k个控制器通信模块应用第k-1个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数调整第k个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数的方法包括：
wk(n)＝wk-1(n-1)-μvk(n)ek(n)，1≤k≤N
其中，wk(n)为n时刻调整后的第k个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数，wk-1(n-1)为n-1时刻的第k-1个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数。
根据本发明第一方面的系统，16个网络节点降噪模块组成环形拓扑网络结构部署在变压器的三个方向；
其中第一方向选择8个网络节点降噪模块连接作为第一线路，所述第一线路的每个网络节点降噪模块之间的最小间距为1.8米；第二方向和第三方向与所述第一线路成90°，且分别位于所述第一线路的左侧和右侧；在所述第二方向选择4个网络节点降噪模块作为第二线路，所述第二线路的每个网络节点降噪模块之间的最小间距为1.8米；在所述第三方向选择4个网络节点降噪模块作为第三线路，且所述第三线路的每个网络节点降噪模块之间的最小间距为1.8米；每一个网络节点降噪模块的次级扬声器和误差麦克风之间的放置距离为50厘米；所有网络节点降噪模块的误差麦克风和扬声器均与室外变压器的中点高度平齐。
本发明第二方面提供了一种电子设备，所述设备包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被所述处理器执行时，执行如本发明第一方面所述的一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统中的方法。
本发明第三方面提供了一种存储介质，该存储介质存储的计算机程序，能够被一个或多个处理器执行，能够用来实现如本发明第一方面所述的一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统中的方法。
本发明提出的方案，用于自由场的变压器降噪，使得环境噪声在减小，同时给居民带来健康的生活环境，具有广阔的扩展性和实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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为根据本发明实施例的一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统的网络节点降噪模块布置图；
图2为根据本发明实施例的有限长单位冲激响应滤波器结构示意图
图3为根据本发明实施例的一种电子设备的结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明第一方面公开了一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统，图1为根据本发明实施例的一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统的结构图，具体如图1所示，所述系统包括：变压器噪声参考信号模块和网络节点降噪组件；
所述变压器噪声参考信号模块包括多个参考麦克风，多个参考麦克风之间是独立存在的，每个参考麦克风只收集自身位置的参考变压器噪声，并将参考变压器噪声从模拟量转化为数字量，得到参考输入信号；所述变压器噪声参考信号模块将多个参考输入信号输出给多个网络节点降噪模块；
网络节点降噪组件包括多个网络节点降噪模块；每个网络节点降噪模块根据多个参考输入信号计算出与当前网络节点降噪模块处的参考变压器噪声相位相反和幅值相同的输出信号，输出信号与当前网络节点降噪模块处的变压器噪声信号相叠加，从而在当前网络节点降噪模块处达到降噪的目的。
所述变压器噪声参考信号模块包括多个参考麦克风，多个参考麦克风之间是独立存在的，每个参考麦克风只收集自身位置的参考变压器噪声，并将参考变压器噪声从模拟量转化为数字量，得到参考输入信号；所述变压器噪声参考信号模块将多个参考输入信号输出给多个网络节点降噪模块。
具体地，所述变压器噪声参考信号模块作用是采集变压器参考噪声信号，把变压器参考噪声信号转换成参考输入信号，并将参考输入信号传递给所有的网络节点降噪模块。变压器噪声参考信号模块由多个参考麦克风组成，对变压器较近处进行变压器噪声原始采集并且转换成参考输入信号。多个参考麦克风之间是独立存在的，每个参考麦克风只收集自身位置的参考变压器噪声，并将参考变压器噪声这一模拟信号，通过模数转换(A/D)硬件器件转换成数字参考输入信号。变压器噪声参考信号模块会将多个参考麦克风生成的多个参考输入信号输出给每一个网络节点降噪模块。参考输入信号并不是变压器所产生的噪声源头信号，而是变压器所产生的噪声源头信号经过了噪声源头到变压器噪声参考信号模块之间的环境得到的信号。参考输入信号作用是提供给网络节点降噪模块变压器噪声参考信号模块位置的参考变压器噪声，网络节点降噪模块通过参考输入信号来计算出自身网络节点降噪模块位置的输出信号。
变压器噪声参考信号模块分别对220KV、380KV室外变压器进行采集。得到的参考输入信号集中频率范围是在100-500Hz，从而可得出参考输入信号是窄带信号。同时经过频谱观测可得参考输入信号是非稳态信号，即随着时间幅值和频率的分布规律发生变化的信号。变压器噪声参考信号模块将参考输入信号输入给所有网络节点降噪模块，由网络节点降噪模块进行降噪。
网络节点降噪组件包括多个网络节点降噪模块；每个网络节点降噪模块根据多个参考输入信号计算出与当前网络节点降噪模块处的参考变压器噪声相位相反和幅值相同的输出信号，输出信号与当前网络节点降噪模块处的变压器噪声信号相叠加，从而在当前网络节点降噪模块处达到降噪的目的。
在一些实施例中，如图1所示，多个网络节点降噪模块组成环形拓扑网络结构部署在变压器的三个方向；环形拓扑网络结构中第k个网络节点降噪模块只会与第k-1和第k+1个网络节点降噪模块相连，最后一个网络节点降噪模块会连接第1个网络节点降噪模块，使得拓扑网络结构成一个环状。
在一些实施例中，所述网络节点降噪模块包括：次级扬声器、误差麦克风、多个模拟次级通道和控制器；
所述控制器为有限长单位冲激响应滤波器；所述多个参考输入信号输入所述控制器进行滤波，得到滤波信号；所述控制器再将所述滤波信号输出给次级扬声器，所述次级扬声器输出与当前网络节点降噪模块处的参考变压器噪声相位相反和幅值相同的输出信号；
所述误差麦克风的输出为所述次级扬声器输出与当前网络节点降噪模块处噪声的差值信号，即误差信号；
次级通道指的次级扬声器到误差麦克风之间的声道；
所述模拟次级通道是模仿次级通道对次级扬声器和控制器的输出影响；
所述多个参考输入信号输入所述多个模拟次级通道和控制器，产生次级输入信号；
所述控制器通过所述误差信号和次级输入信号更新有限长单位冲激响应滤波器的权重系数。
所述控制器通过所述误差信号和次级输入信号更新有限长单位冲激响应滤波器的权重系数的方法包括：
所述有限长单位冲激响应滤波器的公式为：
Figure BDA0004073015420000081
其中，y(n)为有限长单位冲激响应滤波器的输出，x(n-l)为有限长单位冲激响应滤波器的输入，l＝0，1，...，L-1，L为有限长单位冲激响应滤波器的长度，w(n)为n时刻有限长单位冲激响应滤波器的权重系数；
所述有限长单位冲激响应滤波器的权重系数的更新公式为：
Figure BDA0004073015420000082
其中，w(n)为n时刻的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数，w(n-1)为n-1时刻的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数，μ为更新步长，vk(n)为次级输入信号，ek(n)为误差信号，N为网络节点降噪模块的个数。
w(n)为所有网络节点降噪模块的控制器的权重系数w(n)的矢量形式；
所述模拟次级通道是通过离线辨识得到的，具体方法包括：
所述模拟次级通道的公式为：
Figure BDA0004073015420000083
其中，
Figure BDA0004073015420000091
为模拟次级通道的权重系数，x(n-i)为模拟次级通道的输入，M为模拟次级通道的长度；
Figure BDA0004073015420000092
Figure BDA0004073015420000093
所述误差麦克风的输出为所述次级扬声器输出与当前网络节点降噪模块处噪声的差值信号，即误差信号；
采用最小均方算法更新模拟次级通道的权重系数，通过算法迭代使误差信号达到预设值，得到辨识的模拟次级通道的权重系数。
具体地，网络节点降噪组件包括多个网络节点降噪模块；每个网络节点降噪模块根据多个参考输入信号计算出与当前网络节点降噪模块处的参考变压器噪声相位相反和幅值相同的输出信号，输出信号与当前网络节点降噪模块处的变压器噪声信号相叠加，从而在当前网络节点降噪模块处达到降噪的目的。
如图1所示，多个网络节点降噪模块组成环形拓扑网络结构部署在变压器的三个方向；环形拓扑网络结构中第k个网络节点降噪模块只会与第k-1和第k+1个网络节点降噪模块相连，最后一个网络节点降噪模块会连接第1个网络节点降噪模块，使得拓扑网络结构成一个环状。
所述网络节点降噪模块作用是当前网络节点降噪模块处进行降噪。网络节点降噪模块的输入是变压器噪声参考信号模块。网络节点降噪模块的输出是由变压器噪声参考信号模块提供参考输入信号经过计算，得到网络节点降噪模块处的变压器噪声信号相位相反、幅值相同的输出信号。网络节点降噪模块输出信号与当前网络节点降噪模块处的变压器噪声信号相叠加，因两个信号相位相反，幅值相同所以可以叠加抵消，从而在这一节点处达到降噪的目的。每一个网络节点降噪模块将由一个次级扬声器、一个误差麦克风、多个模拟次级通道和一个控制器组成。
网络节点降噪模块的次级扬声器作用是对输出信号进行输出。次级扬声器输入是控制器数字输出信号，次级扬声器通过数模转换(D/A)硬件器件转换成模拟输出信号。模拟输出信号当前网络节点降噪模块处的变压器噪声信号相叠加，从而在这一节点处达到降噪的目的。
所述误差麦克风的输出为所述次级扬声器输出与当前网络节点降噪模块处噪声的差值信号，即误差信号。
次级通道指的次级扬声器到误差麦克风之间的声道。次级通道是对于网络节点降噪模块降噪效果至关重要，往往这个次级通道是不允许被忽略的。网络节点降噪模块的模拟次级通道作用是将次级扬声器到误差麦克风之间的次级通道进行数学建模装入有限长单位冲激响应(FIR)滤波器，即控制器中。也就是对次级通道进行通道辨识，将通道辨识结果设置在有限长单位冲激响应滤波器中。模拟次级通道的输入为变压器噪声参考信号模块输出的参考输入信号，模拟次级通道输出是次级输入信号。模拟次级通道将次级输入信号输出给控制器。网络节点降噪模块含有多个模拟次级通道。因为在多通道系统中，各个网络节点降噪模块的次级扬声器和误差麦克风都会产生次级通道。网络节点降噪模块中的多个模拟次级通道，是所有网络节点降噪模块次级扬声器与当前网络节点降噪模块中误差麦克风之间的模拟次级通道。
网络节点降噪模块采用有限长单位冲激响应滤波器作为控制器，有限长单位冲激响应滤波器结构图如图2所示。在n时刻，其中x(n)是参考输入信号，y(n)是输出信号，wl为控制器权重系数，有限长单位冲激响应滤波器长度为L，其中l＝0，1，...，L-1，z-1代表延迟单位时间。控制器一共有三种输入，分别是变压器噪声参考信号模块的所有参考输入信号，当前网络节点降噪模块的误差信号和当前网络节点降噪模块的所有次级输入信号。将参考输入信号经过控制器滤波得到输出信号，并将输出信号传递给当前网络节点降噪模块的次级扬声器。当前网络节点降噪模块的误差信号和当前网络节点降噪模块的所有次级输入信号是用来更新控制器权重系数。控制器采用filter-X最小均方算法来更新有限长单位冲激响应滤波器结构中的控制器权重系数。当前网络节点降噪模块的误差信号会随着变压器噪声和输出信号变化而变化，而网络节点降噪模块的所有次级输入信号也会随着参考输入信号的变化而变化，为了满足系统降噪要求，控制器权重系数必须更新来满足生成与在这个网络节点降噪模块处的变压器噪声信号相位相反、幅值相同的输出信号。
网络节点降噪模块采用分布式增量协作策略filter-X最小均方算法来完成当前网络节点降噪模块的降噪。执行整个算法时，必须知道前一时刻所有网络节点降噪模块的模拟次级通道。因网络节点降噪模块的次级通道变化不大，固采用离线次级通道辨识的方式对网络节点降噪模块的模拟次级通道进行求解。由N个网络节点降噪模块会带来N个误差麦克风，N个次级扬声器会形成N×N个次级通道。求解算法采用最小均方(LMS)算法进行自适应识别算法。采用白噪声发生器来辨识模拟次级通道。
在具体实施方式中，由16个误差麦克风，16个次级扬声器组成，会形成196个次级通道。这些次级通道都是需要进行离线辨识的。
所述模拟次级通道是通过离线辨识得到的，具体方法包括：
所述模拟次级通道的公式为：
Figure BDA0004073015420000111
其中，
Figure BDA0004073015420000112
为模拟次级通道的权重系数，x(n-i)为模拟次级通道的输入(离线辨识模拟次级通道时，模拟次级通道的输入为白噪声)，M为模拟次级通道的长度；
Figure BDA0004073015420000121
Figure BDA0004073015420000122
所述误差麦克风的输出为所述次级扬声器输出与当前网络节点降噪模块处噪声的差值信号，即误差信号；
采用最小均方算法更新模拟次级通道的权重系数，通过算法迭代使误差信号达到预设值，得到辨识的模拟次级通道的权重系数。
此权重系数可设置为[M×1]的次级通道
Figure BDA0004073015420000123
矩阵，提供给多通道分布式有源噪声控制系统使用。如[M×1]的/>
Figure BDA0004073015420000124
矩阵可表示第j个网络节点降噪模块的次级扬声器和第k个网络节点降噪模块的误差麦克风之间的模拟次级通道。
控制器采用分布式增量协作策略filter-X最小均方算法，此分布式算法可以减少网络节点降噪模块之间处理单元的计算量。在收敛速度和最终残余噪声方面，此分布式算法的性能与集中式算法相同。
采用N个网络节点降噪模块组成，变压器噪声参考信号模块的提供了I个参考输入信号。在n时刻，第i个参考麦克风提供的参考输入信号用xi(n)表示。分布式增量协作策略filter-X最小均方算法采用级联的方式将N个网络节点降噪模块的控制器统一成[ILN×1]控制器向量w(n)，其中L为第k个网络节点降噪模块控制器向量的长度，L＝150。
w(n)＝[w1 T(n)，w2 T(n)，...，wN T(n)]T
其中第k个网络节点降噪模块的控制器处的向量用[IL×1]的wk(n)来表示，k＝1，...，N。而每个网络节点降噪模块的控制器都是w(n)，固每个网络节点降噪模块都含有所有网络节点降噪模块的控制器处的向量，其中(·)T代表矩阵或者向量的转置。
wk(n)＝[w1k T(n)，w2k T(n)，...，wIk T(n)]T
第k个网络节点降噪模块中的第k个网络节点降噪模块误差麦克风与第j个网络节点降噪模块的次级扬声器组成的模拟次级通道用[M×1]的
Figure BDA0004073015420000131
矩阵表示，模拟次级通道长度为M＝256，其中j＝1，...，N。其中vjk(n)表示，此模拟次级通道滤波所有参考输入信号的[IL×1]向量。
Figure BDA0004073015420000132
矩阵X(n)是矩阵Xi(n)的垂直串联，i＝1，...，I，矩阵Xi(n)是参考输入信号xi(n)的最后M+L样本的循环排列矩阵。矩阵X(n)包含所有参考输入信号xi(n)的最后L+M样本。
Figure BDA0004073015420000133
由集中式filter-X最小均方算法控制器权重系数更新方程，可推出分布式增量协作策略filter-X最小均方算法中的控制器权重系数更新方程。
Figure BDA0004073015420000134
在环形拓扑网络结构中，第k个网络节点降噪模块中的控制器只能由第k个网络节点降噪模块计算，只有网络节点降噪模块的误差麦克风提供的误差信号ek(n)和模拟次级通道
Figure BDA0004073015420000135
影响控制器更新。μ为控制器公式迭代的固定步长，μ＝0.001。
此算法处理网络节点降噪模块中的控制器权重系数更新是按照增量策略执行的。在n时刻，沿着环形拓扑网络执行一个完整的循环，其中每个网络节点降噪模块计算w(n)公式，并将其设定为本网络节点降噪模块的控制器向量，并以增量顺序将其传递给下一个网络节点降噪模块。
w(n)＝w(n-1)-μv1(n)e1(n)-μv1(n)e1(n)-...-μvN(n)eN(n)第k个网络节点降噪模块处的控制器向量w(n)的局部版本定义为wk(n)。
Figure BDA0004073015420000141
wk(n)定义为w(n)在第k个网络节点降噪模块的局部版本。
在一些实施例中，所述系统还包括：控制器通信组件；
所述控制器通信组件包括多个控制器通信模块；控制器通信模块的数量与网络节点降噪模块数量相同；
第k-1个控制器通信模块将第k-1个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数传递给第k个控制器通信模块；第k个控制器通信模块应用第k-1个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数调整第k个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数。
所述第k个控制器通信模块应用第k-1个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数调整第k个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数的方法包括：
wk(n)＝wk-1(n-1)-μvk(n)ek(n)，1≤k≤N
其中，wk(n)为n时刻调整后的第k个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数，wk-1(n-1)为n-1时刻的第k-1个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数。
具体地，控制器通信模块主要作用是让控制器间相互传递信息。一般多通道有源噪声控制结构，每个控制器都是独立存在，彼此之间并不能传递信息，有了控制器通信模块就可以让控制器传递信息。控制器通信模块在结构上仅是抽象概念。在硬件系统上，控制器通信模块是采用TI公司生产的数字信号处理芯片的多通道缓冲串行口(McBSP)进行控制器间相互传递信息。控制器通信模块的数量和网络节点降噪模块数量相等。系统由N个网络节点降噪模块组成，控制器通信模块也应有N个。
在环形拓扑网络结构中，控制器通信模块通过增量协作策略来完成N个网络节点降噪模块控制器之间的通信。增量协作策略是使用控制器通信模块，更新环形拓扑网络中所有网络节点降噪模块的控制器。且增量协作策略传递信息是从第k-1个网络节点降噪模块控制器传递给第k个网络节点降噪模块控制器，不能反向传递，但第N个网络节点降噪模块控制器传递第1个网络节点降噪模块。控制器通信模块的输入是第k-1个网络节点降噪模块的控制器权重系数，输出给第k个网络节点降噪模块的控制器，用于第k个网络节点降噪模块更新自身控制器权重系数。
通过每个网络节点降噪模块组合的多通道环形拓扑网络结构可代替一般多通道有源噪声控制结构。每个网络节点降噪模块计算的控制器权重系数将传递给下一个网络节点降噪模的控制器，而整个环形拓扑网络结构具有环形特点，可以让节点间循环传递信息，而不是像一般多通道有源噪声控制结构，每个控制器都是独立存在，彼此之间并不能有效的传递信息。在环形拓扑网络结构策略中，每个网络节点降噪模块之间的距离和所有网络节点降噪模块次级扬声器与误差麦克风之间的距离，都是会影响整个环形拓扑网络结构降噪的重要相关参数，都是整体多通道有源噪声控制系统的实时性、降噪有效性的重要影响参数之一。
从局部网络节点降噪模块开始分析，当前网络节点降噪模块k＝1的情况下，时间为n时，可得到w1(，n)的更新方程。
w1(n)＝w(n-1)-μv1(n)e1(n)
第1个网络节点降噪模块控制器n-1时刻的w1，传递给第2个网络节点降噪模块，该网络节点降噪模块将控制器本地版本更新为新的w2。
w2(n)＝w1(n-1)-μv2(n)e2(n)
第2个网络节点降噪模块将控制器其本地版本传递给第3个网络节点降噪模块，以此类推，直到完成一整轮环形拓扑网络。
wk(n)＝wk-1(n-1)-μvk(n)ek(n)，1≤k≤N
第n时刻和n-1时刻关系，可由w0(n)＝wN(n-1)＝w(n-1)得到。当网络节点降噪模块从1更新到N个的时候，此系统已经获得了更新的控制器向量w(n)，也就是等于最后一个网络节点降噪模块的控制器向量w(n)＝wN(n)。
在n时刻，第k个网络节点降噪模块的控制器输出信号yk(n)。
yk(n)＝wk T(n)[X(n)](：，1)
第k个网络节点降噪模块处的控制器wk(n)与w(n-1)的关系为wk(n)＝[w(n-1)](IL(k-1)+1：ILk)，即用于输出信号的控制器为n-1时刻更新完的控制器系数。其中[X(n)](：，1)是[IL×1]的X(n)的第一列的向量。
综上，与传统的多通道集中式有源噪声控制系统相比，其优势在于在考虑变压器噪声为窄带非稳态噪声的同时，使用环形拓扑网络结构极大减小了各个节点的计算量，同时不改变整体的计算复杂度和残差噪声的效果。相比于集中式多通道降噪系统所有通道只能采用一个控制器，分布式系统中每个网络节点均可采取一个控制器。相比于不考虑耦合的一对一分布式多通道降噪系统，分布式增量协作策略filter-X最小均方算法考虑了各个节点之间的耦合关系，降噪效果要远好于不考虑分布式多通道耦合系统。
本系统具体方式采用了N＝16的多通道分布式降噪系统处理220KV、380KV自由场变压器噪声。在此基础上还可以做一些拓展，比如，还可以增大通道数量让N＝32，64，96，...、设置不同的控制器固定步长μ、更改控制器的长度L、更改模拟次级通道的长度M、各个节点之间的间距、调整节点扬声器和误差麦克风之间的间距、设定不同的参数找出最佳参数。
本发明第二方面公开了一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现本发明公开第一方面中任一项的一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统中方法的步骤。
图3为根据本发明实施例的一种电子设备的结构图，如图3所示，电子设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该电子设备的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该电子设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、近场通信(NFC)或其他技术实现。该电子设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该电子设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是电子设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构，仅仅是与本公开的技术方案相关的部分的结构图，并不构成对本申请方案所应用于其上的电子设备的限定，具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
本发明第三方面公开了一种存储介质，具体涉及计算机的可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现本发明公开第一方面中任一项的一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统中方法的步骤。
请注意，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统，其特征在于，所述系统包括：变压器噪声参考信号模块和网络节点降噪组件网络节点降噪组件；
所述变压器噪声参考信号模块包括多个参考麦克风，多个参考麦克风之间是独立存在的，每个参考麦克风只收集自身位置的参考变压器噪声，并将参考变压器噪声从模拟量转化为数字量，得到参考输入信号；所述变压器噪声参考信号模块将多个参考输入信号输出给多个网络节点降噪模块；
所述网络节点降噪组件包括多个网络节点降噪模块；每个网络节点降噪模块根据多个参考输入信号计算出与当前网络节点降噪模块处的参考变压器噪声相位相反和幅值相同的输出信号，输出信号与当前网络节点降噪模块处的变压器噪声信号相叠加，从而在当前网络节点降噪模块处达到降噪的目的。
2.根据权利要求1所述的一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统，其特征在于，多个网络节点降噪模块组成环形拓扑网络结构,所述环形拓扑网络结构部署在变压器的三个方向；环形拓扑网络结构中第k个网络节点降噪模块只会与第k-1和第k+1个网络节点降噪模块相连，最后一个网络节点降噪模块会连接第1个网络节点降噪模块，使得拓扑网络结构成一个环状。
3.根据权利要求1所述的一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统，其特征在于，所述网络节点降噪模块包括：次级扬声器、误差麦克风、多个模拟次级通道和控制器；
所述控制器为有限长单位冲激响应滤波器；所述多个参考输入信号输入所述控制器进行滤波，得到滤波信号；所述控制器再将所述滤波信号输出给次级扬声器，所述次级扬声器输出与当前网络节点降噪模块处的参考变压器噪声相位相反和幅值相同的输出信号；
所述误差麦克风的输出为所述次级扬声器输出与当前网络节点降噪模块处噪声的差值信号；
次级通道指的是次级扬声器到误差麦克风之间的真实声道；
所述模拟次级通道是将次级扬声器到误差麦克风之间的次级通道进行数学建模装入有限长单位冲激响应(FIR)滤波器中。
所述多个参考输入信号输入所述多个模拟次级通道和控制器，产生次级输入信号；
所述控制器通过所述误差信号和次级输入信号更新有限长单位冲激响应滤波器的权重系数。
4.根据权利要求3所述的一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统，其特征在于，所述控制器通过所述误差信号和次级输入信号更新有限长单位冲激响应滤波器的权重系数的方法，即所述有限长单位冲激响应滤波器的权重系数的更新公式为：
Figure FDA0004073015380000021
其中，w(n)为n时刻的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数，w(n-1)为n-1时刻的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数，μ为更新步长，vk(n)为第k个网络节点降噪模块的次级输入信号，ek(n)为第k个网络节点降噪模块的误差信号，N为网络节点降噪模块的个数。
5.根据权利要求4所述的一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统，其特征在于，所述模拟次级通道是通过离线辨识得到的，具体方法包括：
所述模拟次级通道的公式为：
Figure FDA0004073015380000031
在第n时刻，
Figure FDA0004073015380000032
为模拟次级通道的权重系数，x(n-i)为模拟次级通道的输入，M为模拟次级通道的长度；
采用最小均方算法得到辨识的模拟次级通道的权重系数。
6.根据权利要求4所述的一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统，其特征在于，所述系统还包括：控制器通信组件；
所述控制器通信组件包括多个控制器通信模块；控制器通信模块的数量与网络节点降噪模块数量相同；
第k-1个控制器通信模块将第k-1个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数传递给第k个控制器通信模块；第k个控制器通信模块应用第k-1个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数调整第k个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数。
7.根据权利要求6所述的一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统，其特征在于，所述第k个控制器通信模块应用第k-1个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数调整第k个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数的方法包括：
wk(n)＝wk-1(n-1)-μvk(n)ek(n)，1≤k≤N
其中，wk(n)为n时刻调整后的第k个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数，wk-1(n-1)为n-1时刻的第k-1个网络节点降噪模块的控制器的有限长单位冲激响应滤波器的权重系数。
8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被所述处理器执行时，执行如权利要求3至7任意一项所述的一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统中的方法。
9.一种存储介质，其特征在于，该存储介质存储的计算机程序，能够被一个或多个处理器执行，能够用来实现如权利要求3至7中任一项所述的一种变压器噪声的多通道分布式有源噪声控制系统中的方法。
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