CN117404179A - 声振智能监测与控制方法和装置、柴油机系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于柴油机的声振监测与控制方法与装置以及柴油机系统。所述方法包括噪声控制步骤、振动控制步骤和监测分析步骤。在噪声控制步骤中，将柴油机的噪声经噪声滤波器处理后用于驱动消音器发声，将柴油机的噪声与消音器的声音的叠加信号反馈给噪声滤波器，噪声滤波器自适应调整自身参数，使得该声音叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值。在振动控制步骤中，将柴油机的振动经振动滤波器处理后用于驱动隔振器振动，将柴油机的振动与隔振器的振动的叠加信号反馈给振动滤波器，振动滤波器自适应调整自身参数，使得该振动叠加信号的幅度不超过预定振动阈值。在监测分析步骤中根据该声音叠加信号和振动叠加信号分析柴油机的故障。

Description

声振智能监测与控制方法和装置、柴油机系统

技术领域

本申请涉及柴油机监测技术领域，具体而言涉及用于柴油机的声振智能监测与控制方法和装置，以及采用该方法和装置的柴油机系统。

背景技术

目前，国内对于柴油机的故障诊断多以通过监测转速、冷却水进出口温度、尾气温度、排气噪声和各部位振动等参数监测柴油机是否故障。由于柴油机在工作时产生的振动和声音包含丰富的信息。通过声音和振动监测柴油机是否故障成为应用最为广泛的柴油机故障诊断技术之一。

柴油机工作时振动和发出声音。柴油机的这些背景振动和声音会淹没用于检测柴油机是否故障的监测振动信号和监测声音信号，进而通过监测振动信号和声音信号可能无法准确判断柴油机是否故障。

目前常用的柴油机故障诊断方法，直接采集机体振动噪声信号，信号中或包含柴油机本体声振特性，或是故障信号淹没在机体背景信号中，普遍存在误报警情况频繁，信号可靠性不佳，重大故障报警不及时的情况。

为此，本申请提供一种用于柴油机的声振智能监测与控制方法和装置，以至少部分地解决上述问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施例部分中进一步详细说明。本申请的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述技术问题，本申请第一方面提供了一种用于柴油机的声振智能监测与控制方法，其包括：

噪声控制步骤，包括：

在噪声采集位置采集所述柴油机的噪声信号，以得到初步声音信号，

将所述初步声音信号输入噪声滤波器，得到处理后的声音调整信号，

将所述声音调整信号作用于消音器，以使所述消音器发声，

在噪声接收位置接收所述消音器的声音信号和所述柴油机的噪声信号，得到监控声音信号，

将所述监控声音信号输入所述噪声滤波器，

所述噪声滤波器自适应调整自身参数，使得所述消音器的声音信号与所述初步声音信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值；

振动控制步骤，包括：

在振动采集位置采集所述柴油机的振动信号，以得到初步振动信号，

将所述初步振动信号输入振动滤波器，得到处理后的振动调整信号，

将所述振动调整信号作用于隔振器，以使所述隔振器振动，

在振动接收位置接收所述隔振器的振动信号和所述柴油机的振动信号，得到监控振动信号，

将所述监控振动信号输入所述振动滤波器，

所述振动滤波器自适应调整自身参数，使得所述隔振器的振动信号与所述柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值；和

监测分析步骤，包括：获取所述监控声音信号和所述监控振动信号，并根据所述监控声音信号和所述监控振动信号分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障。

可选地，

所述噪声滤波器包括：

可控噪声滤波器，其中所述初步声音信号为所述可控噪声滤波器的输入信号，所述声音调整信号为所述可控噪声滤波器的输出信号，

附加噪声滤波器，所述附加噪声滤波器的输入信号为所述初步声音信号和所述监控声音信号，所述附加噪声滤波器的输出信号为附加噪声滤波信号，和

噪声滤波器控制器，所述噪声滤波器控制器配置为接收所述初步声音信号、所述监控声音信号和所述附加噪声滤波信号，并根据所述初步声音信号、所述监控声音信号和所述附加滤波噪声信号自适应调整所述可控噪声滤波器的参数，使得所述消音器的声音信号与所述柴油机的噪声信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值；

所述振动滤波器包括：

可控振动滤波器，其中所述初步振动信号为所述可控振动滤波器的输入信号，所述振动调整信号为所述可控振动滤波器的输出信号，

附加振动滤波器，所述附加振动滤波器的输入信号为所述初步振动信号和所述监控振动信号，所述附加振动滤波器的输出信号为附加振动滤波信号，和

振动滤波器控制器，所述振动滤波器控制器配置为接收所述初步振动信号、所述监控振动信号和所述附加振动滤波信号，并根据所述初步振动信号、所述监控振动信号和所述附加滤波振动信号自适应调整所述可控振动滤波器的参数，使得所述隔振器的振动信号与所述柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定振动阈值。

可选地，

所述噪声滤波器控制器配置为利用最小均方准则自适应算法调整所述可控噪声滤波器的参数；

所述振动滤波器控制器配置为利用最小均方准则自适应算法调整所述可控振动滤波器的参数。

可选地，

所述附加噪声滤波信号用于调整所述噪声滤波器控制器的最小均方准则自适应算法的步长；

所述附加振动滤波信号用于调整所述振动滤波器控制器的最小均方准则自适应算法的步长。

可选地，

所述附加噪声滤波器的滤波函数Cn(n)根据以下公式计算：

所述可控噪声滤波器的滤波函数Wn(n)根据以下公式计算：

所述附加振动滤波器的滤波函数Cv(n)根据以下公式计算：

所述可控振动滤波器的滤波函数Wv(n)根据以下公式计算：

其中，n为迭代次数，sn(i)为所述初步声音信号，tn(i)为所述监控声音信号，sv(i)为所述初步振动信号，tv(i)为所述监控振动信号，α、β、γ和δ为预设收敛因子。

可选地，

所述噪声滤波器还包括次级噪声通道模型滤波器，所述次级噪声通道模型滤波器为从所述消音器到所述噪声接收位置的物理空间的声音传输特性的模拟模型，其中，所述初步声音信号经所述次级噪声通道模型滤波器滤波后输入至所述附加噪声滤波器和所述噪声滤波器控制器；

所述振动滤波器还包括次级振动通道模型滤波器，所述次级振动通道模型滤波器为从所述隔振器到所述振动接收位置的物理空间的声音传输特性的模拟模型，其中，所述初步振动信号经所述次级振动通道模型滤波器滤波后输入至所述附加振动滤波器和所述振动滤波器控制器。

可选地，

所述噪声采集位置比所述噪声接收位置更远离所述消音器；并且/或者

所述振动采集位置比所述振动接收位置更远离所述隔振器。

可选地，

在所述消音器的声音信号与所述柴油机的噪声信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值持续预设平稳声音时长后，获取所述监控声音信号，并根据所述监控声音信号分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障，

在所述隔振器的振动信号与所述柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定振动阈值持续预设平稳振动时长后，获取所述监控振动信号，并根据所述监控振动信号分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障。

可选地，所述监测分析步骤还包括：

获取所述柴油机的输出轴的转速的信息和扭矩的信息，并根据所述监控声音信号、所述监控振动信号、所述转速的信息和所述扭矩的信息分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障。

可选地，

所述消音器为主被动复合消音器；并且/或者

所述隔振器为主被动一体化隔振器。

本申请第二方面提供一种用于柴油机的声振智能监测与控制装置，其包括：

噪声控制组件，包括：

第一噪声传感器，用于在噪声采集位置采集所述柴油机的噪声信号，以得到初步声音信号，

噪声滤波模块，用于接收并处理所述初步声音信号，以得到处理后的声音调整信号，

消音器，用于接收所述声音调整信号，以在所述声音调整信号的作用下发声，

第二噪声传感器，用于在噪声接收位置接收所述消音器的声音信号和所述柴油机的噪声信号，得到监控声音信号，

其中，所述噪声滤波模块还用于接收所述监控声音信号，所述噪声滤波模块配置为自适应调整自身参数，使得所述消音器的声音信号与所述柴油机的声音信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值；

振动控制组件，包括：

第一振动传感器，用于在振动采集位置采集所述柴油机的振动信号，以得到初步振动信号，

振动滤波模块，用于接收并处理所述初步振动信号，以得到处理后的振动调整信号，

隔振器，用于接收所述振动调整信号，以在所述振动调整信号的作用下振动，

第二振动传感器，用于在振动接收位置接收所述隔振器的振动信号和所述柴油机的振动信号，得到监控振动信号，

其中，所述振动滤波模块还用于接收所述监控振动信号，所述振动滤波模块配置为自适应调整自身参数，使得所述隔振器的声音信号与所述柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定振动阈值；和

监测分析模块，用于获取所述监控声音信号和所述监控振动信号，并根据所述监控声音信号和所述监控振动信号分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障。

可选地，

所述噪声滤波模块包括：

可控噪声滤波模块，其中所述初步声音信号为所述可控噪声滤波模块的输入信号，所述声音调整信号为所述可控噪声滤波模块的输出信号，

附加噪声滤波模块，所述附加噪声滤波模块的输入信号为所述初步声音信号和所述监控声音信号，所述附加噪声滤波模块的输出信号为附加噪声滤波信号，和

噪声滤波器控制模块，所述噪声滤波器控制模块配置为接收所述初步声音信号、所述监控声音信号和所述附加噪声滤波信号，并根据所述初步声音信号、所述监控声音信号和所述附加滤波噪声信号自适应调整所述可控噪声滤波模块的参数，使得所述消音器的声音信号与所述柴油机的声音信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值；

所述振动滤波模块包括：

可控振动滤波模块，其中所述初步振动信号为所述可控振动滤波模块的输入信号，所述振动调整信号为所述可控振动滤波模块的输出信号，

附加振动滤波模块，所述附加振动滤波模块的输入信号为所述初步振动信号和所述监控振动信号，所述附加振动滤波模块的输出信号为附加振动滤波信号，和

振动滤波器控制模块，所述振动滤波器控制模块配置为接收所述初步振动信号、所述监控振动信号和所述附加振动滤波信号，并根据所述初步振动信号、所述监控振动信号和所述附加滤波振动信号自适应调整所述可控振动滤波模块的参数，使得所述隔振器的振动信号与所述柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定振动阈值。

可选地，

所述噪声滤波器控制模块配置为利用最小均方准则自适应算法调整所述可控噪声滤波模块的参数；

所述振动滤波器控制模块配置为利用最小均方准则自适应算法调整所述可控振动滤波模块的参数。

可选地，

所述附加噪声滤波信号用于调整所述噪声滤波器控制模块的最小均方准则自适应算法的步长；

所述附加振动滤波信号用于调整所述振动滤波器控制模块的最小均方准则自适应算法的步长。

可选地，

所述附加噪声滤波模块的滤波函数Cn(n)根据以下公式计算：

所述可控噪声滤波模块的滤波函数Wn(n)根据以下公式计算：

所述附加振动滤波模块的滤波函数Cv(n)根据以下公式计算：

所述可控振动滤波模块的滤波函数Wv(n)根据以下公式计算：

其中，n为迭代次数，sn(i)为所述初步声音信号，tn(i)为所述监控声音信号，sv(i)为所述初步振动信号，tv(i)为所述监控振动信号，α、β、γ和δ为预设收敛因子。

可选地，

所述噪声滤波模块还包括次级噪声通道模型滤波模块，所述次级噪声通道模型滤波模块为从所述消音器到所述噪声接收位置的物理空间的声音传输特性的模拟模型，其中，所述初步声音信号经所述次级噪声通道模型滤波模块滤波后输入至所述附加噪声滤波模块和所述噪声滤波器控制模块；

所述振动滤波模块还包括次级振动通道模型滤波模块，所述次级振动通道模型滤波模块为从所述隔振器到所述振动接收位置的物理空间的声音传输特性的模拟模型，其中，所述初步振动信号经所述次级振动通道模型滤波模块滤波后输入至所述附加振动滤波模块和所述振动滤波器控制模块。

可选地，

所述噪声采集位置比所述噪声接收位置更远离所述消音器；并且/或者

所述振动采集位置比所述振动接收位置更远离所述隔振器。

可选地，

所述消音器、所述第一噪声传感器和所述第二噪声传感器用于设置在所述柴油机的排气管；并且/或者

所述隔振器用于设置在所述柴油机的机体的下方，所述第一振动传感器和所述第二振动传感器用于设置在所述柴油机的机体的机脚。

可选地，

所述监测分析模块在所述消音器的声音信号与所述柴油机的声音信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值持续预设平稳声音时长后，获取所述监控声音信号，并根据所述监控声音信号分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障，

所述监测分析模块在所述隔振器的振动信号与所述柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定振动阈值持续预设平稳振动时长后，获取所述监控振动信号，并根据所述监控振动信号分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障。

可选地，

所述声振智能监测与控制装置还包括用于检测所述柴油机的输出轴的转速的转速传感器和用于检测所述柴油机的输出轴的扭矩的扭矩传感器，

所述监测分析模块还获取所述转速的信息和所述扭矩的信息，并根据所述监控声音信号、所述监控振动信号、所述转速的信息和所述扭矩的信息分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障。

可选地，

所述消音器为主被动复合消音器；并且/或者

所述隔振器为主被动一体化隔振器。

本申请第三方面提供一种柴油机系统，其包括：

柴油机，和

根据第二方面的技术方案中任一项所述的声振智能监测与控制装置，

其中，所述消音器、所述第一噪声传感器和所述第二噪声传感器设置在所述柴油机的排气管；并且/或者，所述隔振器设置在所述柴油机的机体的下方，所述第一振动传感器和所述第二振动传感器设置在所述柴油机的机体的机脚。

本申请相较于现有技术具有以下优点：

1.本申请的自适应算法采用了相关系数法，滤波函数变化与初步信号和监控信号输入相关，更能满足控制各阶段对步长调整的幅度大小，初始状态大步长加速，收敛状态小步长微调，快速达到控制目标。

2.本申请创新性地将声振控制和故障监测进行了整体化方法设计，在进行柴油机故障诊断前首先对柴油机本底振动噪音进行了平坦化控制处理，降低了背景信号，相比于现有技术，所监测的监控信号更能反映出故障异常特征，提高信号的可靠性和有效性。

附图说明

为了使本申请的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施方式更详细地描述上文简要描述的本申请。可以理解这些附图只描绘了本申请的典型实施方式，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节描述和解释本申请。

图1为根据本申请的一个优选实施方式的柴油机系统的示意图；

图2为图1所示的声振智能监测与控制装置的声振智能监测与控制方法的一个示例的流程示意图；

图3为图1所示的噪声控制组件的构成示意图；

图4为图1所示的振动控制组件的构成示意图；

图5为图1所示的声振智能监测与控制装置的声振智能监测与控制方法的另一个示例的流程示意图。

附图标记说明：

110：柴油机

111：排气管

112：机体

121：第一振动传感器

122：第二振动传感器

131：第一噪声传感器

132：第二噪声传感器

140：隔振器

150：消音器

160：机箱

170：触控显示屏

180：供电指示灯

190：按钮开关

200：控制器

210：监测分析模块

220：噪音滤波模块

221：可控噪声滤波模块

222：附加噪声滤波模块

223：噪声滤波器控制模块

225：次级噪声通道模型滤波模块

230：振动滤波模块

231：可控振动滤波模块

232：附加振动滤波模块

233：振动滤波器控制模块

235：次级振动通道模型滤波模块

300：柴油机系统

310：声振智能监测与控制装置

320：噪声控制组件

330：振动控制组件

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本申请实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

以下参照附图对本申请的优选实施方式进行说明。需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。

在本文中，本申请中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其它含义，例如特定的顺序等。

为了彻底了解本申请实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本申请的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。

本申请提供了一种用于柴油机的声振智能监测与控制方法和装置，以及采用该方法和装置的柴油机系统。

图1示出了根据本申请具体实施方式的柴油机系统300，其包括柴油机110和声振智能监测与控制装置310。声振智能监测与控制装置310由根据本申请的用于柴油机的声振智能监测与控制方法控制，以衰减柴油机110的振动(固有振动)和声音(本底噪声)。柴油机110的振动和声音衰减后，在柴油机110处的振动和声音处于平稳状态后，实时获取柴油机110处的监控振动信号和监控声音信号，进而根据监控振动信号和监控声音信号判断柴油机110是否发生故障或者将要发生故障。

请参考图1，柴油机110包括机体112和排气管111。声振智能监测与控制装置310包括噪声控制组件320、振动控制组件330和监测分析模块210。声振智能监测与控制装置310还可以包括用于检测柴油机110的输出轴的转速的转速传感器(未示出)和用于检测柴油机110的输出轴的扭矩的扭矩传感器(未示出)。

具体地，噪声控制组件320包括第一声音传感器131、第二声音传感器132、消音器150和噪声滤波模块220。振动控制组件330包括第一振动传感器121、第二振动传感器122、隔振器140和振动滤波模块230。声振智能监测与控制装置310还可以包括控制器200，控制器200用于控制柴油机110工作。其中，监测分析模块210、噪声滤波模块220和振动滤波模块230可以在物理位置上内置在控制器200中，例如内置在控制器200的机箱160内。当然，监测分析模块210、噪声滤波模块220和振动滤波模块230也可以设置在其它适合的空间物理位置。

振动传感器121和122用于设置于柴油机110的机体112的机脚，以用于采集振动信号。

声音传感器131和132用于设置于柴油机110的排气管111，以用于采集柴油机110的排气管111处的声音信号。

隔振器140用于设置于柴油机110的机体112的下方，并连接至柴油机110的机体112。隔振器140在激励信号的作用下自身能够产生振动，以主动隔振，从而用于衰减柴油机110的振动。

消音器150用于设置于柴油机110的排气管111。消音器150在激励信号的作用下自身能够产生声音，以主动隔声，从而用于衰减柴油机110发出的声音。

扭矩传感器用于设置于柴油机110，以用于采集柴油机110的输出轴的扭矩信号。

转速传感器用于设置于柴油机110，以用于采集柴油机110的输出轴的转速信号。

如图2所示，用于柴油机的声振智能监测与控制方法包括步骤S1、步骤S2，以及步骤S3。

步骤S1、获取柴油机110的初步振动信号和初步声音信号。

在柴油机110启动时，柴油机110产生振动，以及发出声音。此时，控制器200可以通过第一振动传感器121获取振动信号(此时的振动信号为柴油机110的振动的初步振动信号)，以及通过第一声音传感器131获取声音信号(此时的声音信号为柴油机110发出的声音的初步声音信号)。例如可以在柴油机110启动预设启动时长后(此时，柴油机110平稳运行于预设工况，柴油机110的输出轴的转速平稳在预设转速范围内，柴油机110的输出扭矩平稳在预设扭矩范围内)，获取柴油机110的初步振动信号和初步声音信号。

本文中的预设数据可以根据需要预先设置，并预先存储与控制器。预设数据包括预设启动时长、预设工况、预设转速范围、预设扭矩范围、预设平稳振动校准信号、预设平稳振动时间段、预设平稳振动范围、预设平稳声音校准信号、预设平稳声音时间段、预设平稳声音范围、预设故障振动校准信号、预设故障声音校准信号、预设故障振动范围、预设故障声音范围。预设数据能够通过实验确定。

步骤S1之后，执行步骤S2。

步骤S2、根据初步振动信号确定振动调整信号，通过振动调整信号叠加柴油机110的振动，以构成监控振动信号，根据初步声音信号确定声音调整信号，通过声音调整信号叠加柴油机110发出的声音，以构成监控声音信号。

控制器200预先存储有预设的振动衰减算法和预设的声音衰减算法(例如噪声滤波模块220存储有声音衰减算法，振动滤波模块230存储有振动衰减算法)。

控制器200能够根据初步振动信号，通过预设的振动衰减算法处理初步振动信号，进而确定振动调整信号。预设的振动算法例如可以是FxLMS算法。

振动调整信号的符号和初步振动信号的符号相反。以下以信号(本文中的所有信号)的函数为y＝f(t)为例进行说明。当t值相同时，振动调整信号的y值和初步振动信号的y值均为0，或者振动调整信号的y值的符号和初步振动信号的y值符号不同。例如，当t值相同时，振动调整信号的y值的符号为﹢时，初步振动信号的符号为﹣。当t值相同时，振动调整信号的y值的符号为﹣时，初步振动信号的符号为﹢。振动调整信号的符号和初步振动信号的符号相反。在柴油机110工作时，控制器200通过振动调整信号控制主动隔振器140的振动。这样，能够叠加柴油机110的振动，以构成监控振动信号。如此，能够衰减柴油机110的振动，减小柴油机110的振动对后文的监控振动信号的干扰。

控制器200能够根据初步声音信号，通过预设的声音算法处理初步声音信号，进而确定声音调整信号。预设的声音算法可以是FxLMS算法。

声音调整信号的符号和初步声音信号的符号相反。声音调整信号的符号和初步声音信号的符号相反的定义，与振动调整信号的符号和初步振动信号的符号相反的定义相同，这里不再赘述。在柴油机110工作时，控制器200通过声音调整信号控制消音器140发出声音。这样，能够叠加柴油机110发出的声音，以构成监控声音信号。如此，能够衰减柴油机110发出的声音，减小柴油机110发出的声音对后文的监控声音信号的干扰。

当然，噪声滤波模块220和振动滤波模块230也可以配置为硬件模块。

步骤S2之后，执行步骤S3。

步骤S3、获取监控振动信号和监控声音信号，并根据监控声音信号和监控振动信号分析柴油机110是否存在故障或者将要发生故障。

步骤S2之后，控制器200可以通过第二振动传感器122实时获取柴油机110工作时柴油机110处的振动信号(此时的振动信号为监控振动信号)，以及通过第二声音传感器132实时获取柴油机110工作时柴油机110处的声音信号(此时的声音信号为监控声音信号)。这样，监控振动信号和监控声音信号可以用于判断工作过程中的柴油机110是否发生故障或者将要发生故障(将在后文描述)。

本实施方式中，在获取监控振动信号和监控声音信号前，通过初步振动信号确定振动调整信号，以及通过振动调整信号衰减柴油机110的振动，以减小柴油机110的振动对监控振动信号的干扰，通过初步声音信号确定声音调整信号，以及通过声音调整信号衰减柴油机110发出的声音，以减小柴油机110发出的声音对监控声音信号的干扰，这样，通过监控振动信号和监控声音信号能够更加准确地确定柴油机110是否故障或者将要发生故障。

以下详细介绍声振智能监测与控制装置310如何根据初步声音信号得到监控声音信号。

如图1和图3所示，第一噪声传感器131用于在噪声采集位置采集柴油机110的噪声信号xn(n)，以得到初步声音信号sn(n)。噪声滤波模块220用于接收并处理初步声音信号sn(n)，以得到处理后的声音调整信号un(n)。消音器150用于接收声音调整信号un(n)，以在声音调整信号un(n)的作用下发声。第二噪声传感器132用于在噪声接收位置接收消音器150的声音信号yn(n)和柴油机110的噪声信号dn(n)，得到监控声音信号tn(n)。其中，噪声滤波模块220还用于接收监控声音信号tn(n)，噪声滤波模块220配置为自适应调整自身参数，使得消音器150的声音信号yn(n)与柴油机110的噪声信号dn(n)的叠加信号en(n)的幅度不超过预定噪声阈值。

可以理解的，噪声信号xn(n)与初步声音信号sn(n)分别同一物理信号的机械表征形式和数字(电)表征形式。叠加信号en(n)与监控声音信号tn(n)分别同一物理信号的机械表征形式和数字(电)表征形式。Pn(z)为从噪声源(第一噪声传感器131所在的位置，例如排气管111)到接收位置(也即第二噪声传感器132所在的位置)的初级通道物理空间的声音传输特性。在噪声采集位置所发出噪声信号xn(n)经过初级通道物理空间的作用后变为噪声接收位置处的噪声信号dn(n)。Hn(z)为从消音器150到接收位置(也即第二噪声传感器132所在的位置)的次级通道物理空间的声音传输特性。消音器150所发出的声音qn(n)经过次级通道物理空间的作用后变为噪声接收位置处的声音信号yn(n)。可以理解的，当产品安装定型后，初级通道的物理特性Pn(z)和次级通道的物理特性Hn(z)将基本固定不变。

从图3可知，初步声音信号sn(n)为噪声滤波模块220的输入信号，声音调整信号un(n)为噪声滤波模块220的输出信号，监控声音信号tn(n)为噪声滤波模块220接收的反馈信号。当叠加信号en(n)的幅度不超过预定噪声阈值时，监控声音信号tn(n)也为幅度较小的信号。例如，当消音器150的声音信号yn(n)为与柴油机110的噪声信号dn(n)幅度相当、相位相反的反向信号时，叠加信号en(n)和监控声音信号tn(n)都趋于平坦，也即趋于零。从而，声振智能监测与控制装置310使消音器150抵消柴油机110的本底噪声，使得柴油机110的异常声音在监控声音信号tn(n)中明显(不被淹没在柴油机110的本底噪声中)并可以被捕捉。也即，噪声控制组件320用于实现“主动消声”的功能。

噪声滤波模块220构造为(或包括)噪声滤波器Mn(z)，初步声音信号sn(n)为噪声滤波器Mn(z)的输入信号，声音调整信号un(n)为噪声滤波器Mn(z)的输出信号，监控声音信号tn(n)为噪声滤波器Mn(z)接收的反馈信号。

噪声滤波模块220包括可控噪声滤波模块221、附加噪声滤波模块222和噪声滤波器控制模块223。其中，可控噪声滤波模块221构造为(或包括)可控噪声滤波器Wn(z)。附加噪声滤波模块222构造为(或包括)附加噪声滤波器Cn(z)。噪声滤波器控制模块223构造为(或包括)噪声滤波器控制器Ln(z)。可控噪声滤波器Wn(z)、附加噪声滤波器Cn(z)和噪声滤波器控制器Ln(Z)都包括在噪声滤波器Mn(z)中。

初步声音信号sn(n)为可控噪声滤波器Wn(z)和可控噪声滤波模块221的输入信号，声音调整信号un(n)为可控噪声滤波器Wn(z)和可控噪声滤波模块221的输出信号。附加噪声滤波模块222(附加噪声滤波器Cn(z))的输入信号为初步声音信号sn(n)和监控声音信号tn(n)，附加噪声滤波模块222和附加噪声滤波器Cn(z)的输出信号为附加噪声滤波信号rn(n)。噪声滤波器控制模块223和噪声滤波器控制器Ln(z)配置为接收初步声音信号sn(n)、监控声音信号tn(n)和附加噪声滤波信号rn(n)，并根据初步声音信号sn(n)、监控声音信号tn(n)和附加滤波噪声信号rn(n)自适应调整可控噪声滤波模块223(附加噪声滤波器Cn(z))的参数，使得消音器150的声音信号yn(n)与柴油机的声音信号dn(n)的叠加信号en(n)的幅度不超过预定噪声阈值。

优选地，噪声滤波器控制模块223配置为利用最小均方准则自适应算法调整可控噪声滤波模块221的参数。也即，优选地，噪声滤波器控制器Ln(z)配置为利用最小均方准则自适应算法调整可控噪声滤波器Wn(z)的参数。优选地，附加噪声滤波信号rn(n)用于调整噪声滤波器控制模块223(噪声滤波器控制器Ln(z))的最小均方准则自适应算法的步长。

例如，附加噪声滤波模块222(附加噪声滤波器Cn(z))的滤波函数Cn(n)根据以下公式(1)计算：

/>

例如，可控噪声滤波模块221(可控噪声滤波器Wn(z))的滤波函数Wn(n)根据以下公式(2)计算：

在公式(1)和公式(2)中，α和β为预设收敛因子。因此本申请采用变步长的方法，使得算法可以快速收敛，从而使得监控声音信号tn(n)能够快速变为幅值较小的平坦信号，也即快速“消声”。

如图3所示，噪声滤波模块220还包括次级噪声通道模型滤波模块225，次级噪声通道模型滤波模块225构造为(或包括)次级噪声通道模型滤波器H’n(z)。次级噪声通道模型滤波模块225为从消音器150到噪声接收位置的物理空间的声音传输特性Hn(z)(也即次级通道物理空间的声音传输特性)的模拟模型。其中，初步声音信号sn(n)经次级噪声通道模型滤波模块225滤波后输入至附加噪声滤波模块222和噪声滤波器控制模块223。

换句话说，噪声滤波器Mn(z)还包括次级噪声通道模型滤波器H’n(z)，次级噪声通道模型滤波器H’n(z)为从消音器150到噪声接收位置的物理空间的声音传输特性Hn(z)的模拟模型。其中，初步声音信号sn(n)经次级噪声通道模型滤波器H’n(z)滤波后输入至附加噪声滤波器Cn(z)和噪声滤波器控制器Ln(z)。

在本申请中，次级通道模型滤波器H’n(z)模拟了从消音器150到接收位置的次级通道物理空间的声音传输特性，从而声振智能监测与控制装置310的“消声”效果更好。根据实际的次级通道建立其物理特征Hn(z)的模拟模型H’n(z)为本领域技术人员所熟练掌握的技能，在此不再赘述。

以下详细介绍声振智能监测与控制310如何根据初步振动信号得到监控振动信号。振动控制组件330的工作原理与噪声控制组件320的工作原理类似。

如图1和图4所示，第一振动传感器121用于在振动采集位置采集柴油机110的振动信号xv(n)，以得到初步振动信号sv(n)。振动滤波模块230用于接收并处理初步振动信号sv(n)，以得到处理后的振动调整信号uv(n)。隔振器140用于接收振动调整信号uv(n)，以在振动调整信号uv(n)的作用下发声。第二振动传感器132用于在振动接收位置接收隔振器140的振动信号yv(n)和柴油机110的振动信号dv(n)，得到监控振动信号tv(n)。其中，振动滤波模块230还用于接收监控振动信号tv(n)，振动滤波模块230配置为自适应调整自身参数，使得隔振器140的振动信号yv(n)与柴油机110的振动信号dv(n)的叠加信号ev(n)的幅度不超过预定振动阈值。

可以理解的，振动信号xv(n)与初步振动信号sv(n)分别同一物理信号的机械表征形式和数字(电)表征形式。叠加信号ev(n)与监控振动信号tv(n)分别同一物理信号的机械表征形式和数字(电)表征形式。Pv(z)为从振动源(第一振动传感器121所在的位置，例如机体112的机脚)到接收位置(也即第二振动传感器122所在的位置)的初级通道物理空间的振动传输特性。在振动采集位置所发出振动信号xv(n)经过初级通道物理空间的作用后变为振动接收位置处的振动信号dv(n)。Hv(z)为从隔振器140到接收位置(也即第二振动传感器122所在的位置)的次级通道物理空间的振动传输特性。隔振器140所发出的振动qv(n)经过次级通道物理空间的作用后变为振动接收位置处的振动信号yv(n)。可以理解的，当产品安装定型后，初级通道的物理特性Pv(z)和次级通道的物理特性Hv(z)将基本固定不变。

从图3可知，初步振动信号sv(n)为振动滤波模块230的输入信号，振动调整信号uv(n)为振动滤波模块230的输出信号，监控振动信号tv(n)为振动滤波模块230接收的反馈信号。当叠加信号ev(n)的幅度不超过预定振动阈值时，监控振动信号tv(n)也为幅度较小的信号。例如，当隔振器140的振动信号yv(n)为与柴油机110的振动信号dv(n)幅度相当、相位相反的反向信号时，叠加信号ev(n)和监控振动信号tv(n)都趋于平坦，也即趋于零。从而，声振智能监测与控制装置310使隔振器140抵消柴油机110的固有振动，使得柴油机110的异常振动在监控振动信号tv(n)中明显(不被淹没在柴油机110的固有振动中)并可以被捕捉。也即，振动控制组件330用于实现“主动消振”的功能。

振动滤波模块230构造为(或包括)振动滤波器Mv(z)，初步振动信号sv(n)为振动滤波器Mv(z)的输入信号，振动调整信号uv(n)为振动滤波器Mv(z)的输出信号，监控振动信号tv(n)为振动滤波器Mv(z)接收的反馈信号。

振动滤波模块230包括可控振动滤波模块231、附加振动滤波模块232和振动滤波器控制模块233。其中，可控振动滤波模块231构造为(或包括)可控振动滤波器Wv(z)。附加振动滤波模块232构造为(或包括)附加振动滤波器Cv(z)。振动滤波器控制模块233构造为(或包括)振动滤波器控制器Lv(z)。可控振动滤波器Wv(Z)、附加振动滤波器Cv(z)和振动滤波器控制器Lv(z)都包括在振动滤波器Mv(z)中。

初步振动信号sv(n)为可控振动滤波器Wv(z)和可控振动滤波模块231的输入信号，振动调整信号uv(n)为可控振动滤波器Wv(z)和可控振动滤波模块231的输出信号。附加振动滤波模块232(附加振动滤波器Cv(z))的输入信号为初步振动信号sv(n)和监控振动信号tv(n)，附加振动滤波模块232和附加振动滤波器Cv(z)的输出信号为附加振动滤波信号rv(n)。振动滤波器控制模块233和振动滤波器控制器Lv(z)配置为接收初步振动信号sv(n)、监控振动信号tv(n)和附加振动滤波信号rv(n)，并根据初步振动信号sv(n)、监控振动信号tv(n)和附加滤波振动信号rv(n)自适应调整可控振动滤波模块223(附加振动滤波器Cv(z))的参数，使得隔振器140的振动信号yv(n)与柴油机的振动信号dv(n)的叠加信号ev(n)的幅度不超过预定振动阈值。

优选地，振动滤波器控制模块233配置为利用最小均方准则自适应算法调整可控振动滤波模块231的参数。也即，优选地，振动滤波器控制器Lv(z)配置为利用最小均方准则自适应算法调整可控振动滤波器Wv(z)的参数。优选地，附加振动滤波信号rv(n)用于调整振动滤波器控制模块233(振动滤波器控制器Lv(z))的最小均方准则自适应算法的步长。

例如，附加振动滤波模块232(附加振动滤波器Cv(z))的滤波函数Cv(n)根据以下公式(3)计算：

例如，可控振动滤波模块231(可控振动滤波器Wv(z))的滤波函数Wv(n)根据以下公式(4)计算：

在公式(3)和公式(4)中，γ和δ为预设收敛因子。因此本申请采用变步长的方法，使得算法可以快速收敛，从而使得监控振动信号tv(n)能够快速变为幅值较小的平坦信号，也即快速“消振”。

如图4所示，振动滤波模块230还包括次级振动通道模型滤波模块235，次级振动通道模型滤波模块235构造为(或包括)次级振动通道模型滤波器H’v(z)。次级振动通道模型滤波模块235为从隔振器140到振动接收位置的物理空间的振动传输特性Hv(z)(也即次级通道物理空间的振动传输特性)的模拟模型。其中，初步振动信号sv(n)经次级振动通道模型滤波模块235滤波后输入至附加振动滤波模块232和振动滤波器控制模块233。

换句话说，振动滤波器Mv(z)还包括次级振动通道模型滤波器H’v(z)，次级振动通道模型滤波器H’v(z)为从隔振器140到振动接收位置的物理空间的振动传输特性Hv(z)的模拟模型。其中，初步振动信号sv(n)经次级振动通道模型滤波器H’v(z)滤波后输入至附加振动滤波器Cv(z)和振动滤波器控制器Lv(z)。

在本申请中，次级通道模型滤波器H’v(z)模拟了从隔振器140到接收位置的次级通道物理空间的振动传输特性，从而声振智能监测与控制装置310的“消振”效果更好。根据实际的次级通道建立其物理特征Hv(z)的模拟模型H’v(z)为本领域技术人员所熟练掌握的技能，在此不再赘述。在步骤S3中，监测分析模块210获取监控声音信号tn(n)和监控振动信号tv(n)，并根据监控声音信号tn(n)和监控振动信号tv(n)分析柴油机110是否存在故障或者将要发生故障。

综上，根据本申请的用于柴油机的声振智能监测与控制方法包括噪声控制步骤、振动控制步骤和监测分析步骤。

噪声控制步骤包括：在噪声采集位置采集柴油机的噪声信号，以得到初步声音信号；将初步声音信号输入噪声滤波器，得到处理后的声音调整信号；将声音调整信号作用于消音器，以使消音器发声；在噪声接收位置接收消音器的声音信号和柴油机的噪声信号(接收到一叠加的声音信号)，得到监控声音信号；将监控声音信号输入噪声滤波器；噪声滤波器自适应调整自身参数，使得消音器的声音信号与柴油机的声音信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值。

振动控制步骤包括：在振动采集位置采集柴油机的振动信号，以得到初步振动信号；将初步振动信号输入振动滤波器，得到处理后的振动调整信号；将振动调整信号作用于隔振器，以使隔振器振动；在振动接收位置接收隔振器的振动信号和柴油机的振动信号(接收到一叠加的振动信号)，得到监控振动信号；将监控振动信号输入振动滤波器；振动滤波器自适应调整自身参数，使得隔振器的振动信号与柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值。

噪声控制步骤与振动控制步骤可同时执行，也可先后执行，先后顺序无限定。优选地，监测分析步骤在噪声控制步骤和振动控制步骤之后执行。监测分析步骤包括：获取监控声音信号和监控振动信号，并根据监控声音信号和监控振动信号分析柴油机是否存在故障或者将要发生故障。

优选地，监测分析模块210在消音器150的声音信号yn(n)与柴油机110的声音信号dn(n)的叠加信号en(n)的幅度不超过预定噪声阈值持续预设平稳声音时长后，获取监控声音信号tn(n)，并根据监控声音信号tn(n)分析柴油机110是否存在故障或者将要发生故障。优选地，监测分析模块210在隔振器140的振动信号yv(n)与柴油机110的振动信号dv(n)的叠加信号ev(n)的幅度不超过预定振动阈值持续预设平稳振动时长后，获取监控振动信号tv(n)，并根据监控振动信号tv(n)分析柴油机110是否存在故障或者将要发生故障。从而，监测分析模块210在柴油机110工作平稳以及“消声消振”基本进入稳态后监测柴油机110是否存在故障或者将要发生故障，其监测信号可信度高，分析结果也更加准确。

优选地，在步骤S2之后，步骤S3之前，声振智能监测与控制方法还包括平稳判断步骤。

平稳判断步骤可以由监测分析模块210执行，该步骤包括：

判断监控振动信号tv(n)和预设平稳振动校准信号之间比较结果在预设平稳振动时间段内是否位于预设平稳振动范围内；

若是，则确定柴油机110的振动平稳，否则确定柴油机110的振动不平稳。

在步骤S2之后，监测分析模块210可以实时通过第二振动传感器122获取柴油机110的振动信号(此时的振动信号为监控振动信号)。然后监测分析模块210将当前的监控振动信号和预设平稳振动校准信号比较。例如做比值或者做叠加信号的幅度。若是比较结果在预设平稳振动时间段内位于预设平稳振动范围内，则确定此时柴油机110的振动平稳。若是比较结果在预设平稳振动时间段内位于预设平稳振动范围外，则确定此时柴油机110的振动不平稳。

若是确定衰减振动后的柴油机110的振动平稳，则监测分析模块210可以执行步骤S3，以获取柴油机110的监控振动信号。若是确定衰减振动后的柴油机110的振动不平稳，则控制器200可以返回执行步骤1和2，以继续衰减柴油机110的振动(此时，以当前的控制振动信号为最新的初步振动信号)。由此，可以进一步减小柴油机110的振动对监控振动信号的干扰。

上述平稳判断步骤还包括：

判断监控声音信号tn(n)和预设平稳声音校准信号之间的比较结果在预设平稳声音时间段内是否位于预设平稳声音范围内；

若是，则确定柴油机110的声音平稳，否则确定柴油机110的声音不平稳。

在步骤S2之后，监测分析模块210可以实时通过第二声音传感器132获取柴油机110的声音信号(此时的声音信号为监控声音信号)。然后监测分析模块210将当前的监控声音信号和预设平稳声音校准信号比较。例如做比值或者做差值。若是比较结果在预设平稳声音时间段内位于预设平稳声音范围内，则确定此时柴油机110声音平稳。若是比较结果在预设平稳声音时间段内位于预设平稳声音范围外，则确定此时柴油机110声音不平稳。

若是确定衰减声音后的柴油机110处的声音平稳，则监测分析模块210可以执行步骤S3，以获取柴油机110的监控声音信号。若是确定衰减声音后的柴油机110的声音不平稳，则监测分析模块210可以返回执行步骤1和2，以继续衰减柴油机110的声音。由此，可以进一步减小柴油机110发出的声音对监控声音信号的干扰。

获取柴油机110的监控振动信号tv(n)和监控声音信号tn(n)的步骤之后，柴油机的声振智能监测与控制方法还包括监控故障步骤。监控故障步骤包括：根据监控振动信号tv(n)和监控声音信号tn(n)确定柴油机110是否已发生故障或者将要发生故障。

例如，监测分析模块210内预先存储有柴油机110在不同工况下发生故障或者将要发生故障时的预设故障振动校准信号和预设故障声音校准信号。在获取柴油机110的监控振动信号tv(n)和监控声音信号tn(n)的步骤之后，监测分析模块210能够将监控振动信号tv(n)和预设故障振动校准信号比较(做差值或者做比值)，以及将监控声音信号和预设故障声音校准信号比较(做差值或者做比值)，进而根据比较结果确定柴油机110是否已经发生故障或者将要发生故障。

例如，若是监控振动信号tv(n)和预设故障振动校准信号的比较结果在预设故障振动范围内，或者监控声音信号tn(n)和预设故障声音校准信号的比较结果在预设故障声音范围内，则确定柴油机110在当前时刻发生故障或者将要发生故障。否则，确定柴油机110在当前时刻正常工作。

在确定柴油机110是否故障或者将要发生故障的步骤之前，柴油机声振智能监测与控制方法还包括：

获取柴油机110的扭矩信号和转速信号的步骤；

在步骤S3中，根据扭矩信号、转速信号、监控振动信号tv(n)与监控声音信号tn(n)确定柴油机110是否故障或者将要发生故障。由此，能够更加准确地确定柴油机110是否已经发生故障或者将要发生故障。

监测分析模块210能够通过转速传感器和扭矩传感器获取转速信号和扭矩信号。监测分析模块210内预先存储有确定柴机油110是否故障或者将要发生故障的算法。该算法为现有技术，这里不再赘述。监测分析模块210能够根据扭矩信号、转速信号、监控振动信号tv(n)与监控声音信号tn(n)实时确定柴油机110是否故障或者将要发生故障。

优选地，确定柴油机110发生故障或者将要发生故障后，柴油机声振智能监测与控制方法还包括预警步骤。在确定柴油机110将要发生故障时，监测分析模块210可以通过预警设备(后文的触控显示屏170)发出预警信号。

获取柴油机110的转速信号的步骤之后，柴油机声振智能监测与控制方法还包括工况确定步骤。工况确定步骤包括：根据转速信号确定柴油机110的工况。

监测分析模块210内预先存储有和不同转速对应的不同工况。和不同转速对应的不同工况可以根据实验确定。这样，可以根据转速信号确定柴油机110的工况，进而确定和不同工况对应的柴油机110发生故障或者将要发生故障时的预设故障振动校准信号和预设故障声音校准信号，进而确定柴油机110是否故障或者将要发生故障。

优选地，隔振器140为多个。多个隔振器140均匀设置于柴油机110的机体112的下方。通过以上介绍可知，隔振器140为具有主动隔振功能的隔振器。隔振器140优选为主被动一体化隔振器，即隔振器140除了在激励信号的作用下主动振动隔振外，还通过例如弹性材料(例如橡胶)被动隔振、减振。

优选地，如图1所示，振动采集位置比振动接收位置更远离隔振器140，也即，第一振动传感器121比第二振动传感器122更远离隔振器140。例如，第二振动传感器122设置在隔振器140的正上方，第一振动传感器121设置在相邻的两个隔振器140之间。振动传感器121和122均匀设置于柴油机110的机体112的机脚。

通过以上介绍可知，消音器150具有在激励信号的作用下主动发声消音的功能。优选地，消音器150为主被动复合消声器，也即在具备主动发声消音功能机基础上，还可以例如通过设置消音材料被动消音。

优选地，声音传感器131、132和消音器150均设置于柴油机110的排气管111。优选地，噪声采集位置比噪声接收位置更远离消音器150，也即，第一声音传感器131比第二声音传感器132更远离消音器150。

优选地，请返回图1，控制器200包括机箱160。机箱160设置有触控显示屏170、供电指示灯180与按钮开关190。触控显示屏170、供电指示灯180与按钮开关190均电连接至控制器200内的控制模块(监测分析模块210、噪声滤波模块220和振动滤波模块230也可以视为该控制模块的一部分)。触控显示屏170用于向控制器200输入数据，以及用于显示数据。供电指示灯180位于触控显示屏170的下方。供电指示灯180用于显示柴油机声振智能监测与控制装置310是否正常通电。按钮开关190位于触控显示屏170的下方。按钮开关190位于供电指示灯180的一侧。按钮开关190用于控制柴油机声振智能监测与控制装置310启动或停止。

优选地，如图5所示，柴油机声振智能监测与控制装置的控制方法包括步骤S01、步骤S02、步骤S03、步骤S04、步骤S05，以及步骤S06。

步骤S01、判断柴油机110供电是否正常，若是，则执行步骤S02，否则返回继续执行步骤S01。

启动柴油机声振智能监测与控制装置310前，需要判断柴油机110的供电是否正常。例如可以通过设置柴油机供电指示灯，以指示柴油机110的供电是否正常。

步骤S02、启动柴油机声振智能监测与控制装置310。

在确定柴油机110供电正常后，启动柴油机声振智能监测与控制装置310。

步骤S03、判断控制器200同振动传感器121和122、声音传感器131和132、隔振器140、消音器150、扭矩传感器、转速传感器中的任意一个之间的通信是否正常；若是，则执行步骤S04，否则返回执行步骤S03。

由于柴油机110的型号不同，设置于柴油机110的振动传感器121和122、声音传感器131和132、隔振器140、消音器150、扭矩传感器与转速传感器的位置和数量也不同。为此，在通过柴油机声振智能监测与控制装置310监测柴油机110的工作前，需要确定控制器200同振动传感器121和122、声音传感器131和132、隔振器140、消音器150、扭矩传感器、转速传感器中的任意一个之间的通信正常。判断控制器200同振动传感器121和122、声音传感器131和132、隔振器140、消音器150、扭矩传感器、转速传感器中的任意一个之间的通信是否正常的方法为现有技术，此处不再赘述。

步骤S04、确定柴油机110的当前工况。

可以获取转速信号，进而通过转速信号确定柴油机110的当前工况。

步骤S05、衰减柴油机110的振动和声音，判断柴油机110处的振动和声音是否平稳。若是确定柴油机110的振动平稳，以及确定柴油机110发出的声音平稳，则表示柴油机110处的振动和声音平稳，执行步骤S06；否则返回执行步骤S05。

步骤S05包括前述的步骤S1、步骤S2，以及平稳判断步骤。

步骤S06、监测柴油机110。

步骤S06包括前述的步骤3、根据扭矩信号、转速信号、监控振动信号tv(n)与监控声音信号tn(n)确定柴油机110是否已经发生故障或者将要发生故障的步骤，以及预警步骤。

需要说明的是，获取扭矩信号的步骤可以在步骤S04至步骤S06的判断柴油机110是否故障或者将要发生故障的步骤之前。

根据本申请的柴油机系统300例如可以应用于船舶，其中，柴油机110用于为船舶提供动力，以驱动船舶行驶。从而，通过加装了声振智能监测与控制装置310，柴油机110的故障可以被更加及时和准确地发现，有利于保障船舶安全、稳定行驶。

根据本申请的用于柴油机的声振智能监测与控制装置和方法，可以通过将原始参考信号(初步声音信号和初步振动信号)经滤波器滤波后变为用于激励执行机构(消音器和隔振器)的激励信号(声音调整信号和振动调整信号)，并将执行机构的信号和原始信号的叠加信号反馈给滤波器，使得滤波器根据反馈信号自适应调整自身参数，从而使得执行机构的信号可以抵消原始信号，达到“消声消振”的目的。然后将“消声消振”后的信号用于检测柴油机故障，使得异常信号不被淹没在固有的本底信号中，从而提高故障检测的灵敏性和准确性。可以理解的，根据本申请的柴油机系统包括根据本申请的声振智能监测与控制装置和方法的全部特征和效果。

本申请已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本申请限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本申请并不局限于上述实施例，根据本申请的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本申请所要求保护的范围以内。本申请的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本申请。

上述的所有优选实施方式中所述的流程、步骤仅是示例。除非发生不利的效果，否则可以按与上述流程的顺序不同的顺序进行各种处理操作。上述流程的步骤顺序也可以根据实际需要进行增加、合并或删减。

本文中出现的诸如“部件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本申请已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本申请限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本申请的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本申请所要求保护的范围以内。

Claims (22)

1.一种用于柴油机的声振智能监测与控制方法，其特征在于，包括：

噪声控制步骤，包括：

在噪声采集位置采集所述柴油机的噪声信号，以得到初步声音信号，

将所述初步声音信号输入噪声滤波器，得到处理后的声音调整信号，

将所述声音调整信号作用于消音器，以使所述消音器发声，

在噪声接收位置接收所述消音器的声音信号和所述柴油机的噪声信号，得到监控声音信号，

将所述监控声音信号输入所述噪声滤波器，

所述噪声滤波器自适应调整自身参数，使得所述消音器的声音信号与所述初步声音信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值；

振动控制步骤，包括：

在振动采集位置采集所述柴油机的振动信号，以得到初步振动信号，

将所述初步振动信号输入振动滤波器，得到处理后的振动调整信号，

将所述振动调整信号作用于隔振器，以使所述隔振器振动，

在振动接收位置接收所述隔振器的振动信号和所述柴油机的振动信号，得到监控振动信号，

将所述监控振动信号输入所述振动滤波器，

所述振动滤波器自适应调整自身参数，使得所述隔振器的振动信号与所述柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值；和

监测分析步骤，包括：获取所述监控声音信号和所述监控振动信号，并根据所述监控声音信号和所述监控振动信号分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障。

2.根据权利要求1所述的声振智能监测与控制方法，其特征在于，

所述噪声滤波器包括：

可控噪声滤波器，其中所述初步声音信号为所述可控噪声滤波器的输入信号，所述声音调整信号为所述可控噪声滤波器的输出信号，

附加噪声滤波器，所述附加噪声滤波器的输入信号为所述初步声音信号和所述监控声音信号，所述附加噪声滤波器的输出信号为附加噪声滤波信号，和

噪声滤波器控制器，所述噪声滤波器控制器配置为接收所述初步声音信号、所述监控声音信号和所述附加噪声滤波信号，并根据所述初步声音信号、所述监控声音信号和所述附加滤波噪声信号自适应调整所述可控噪声滤波器的参数，使得所述消音器的声音信号与所述柴油机的噪声信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值；

所述振动滤波器包括：

可控振动滤波器，其中所述初步振动信号为所述可控振动滤波器的输入信号，所述振动调整信号为所述可控振动滤波器的输出信号，

附加振动滤波器，所述附加振动滤波器的输入信号为所述初步振动信号和所述监控振动信号，所述附加振动滤波器的输出信号为附加振动滤波信号，和

振动滤波器控制器，所述振动滤波器控制器配置为接收所述初步振动信号、所述监控振动信号和所述附加振动滤波信号，并根据所述初步振动信号、所述监控振动信号和所述附加滤波振动信号自适应调整所述可控振动滤波器的参数，使得所述隔振器的振动信号与所述柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定振动阈值。

3.根据权利要求2所述的声振智能监测与控制方法，其特征在于，

所述噪声滤波器控制器配置为利用最小均方准则自适应算法调整所述可控噪声滤波器的参数；

所述振动滤波器控制器配置为利用最小均方准则自适应算法调整所述可控振动滤波器的参数。

4.根据权利要求3所述的声振智能监测与控制方法，其特征在于，

所述附加噪声滤波信号用于调整所述噪声滤波器控制器的最小均方准则自适应算法的步长；

所述附加振动滤波信号用于调整所述振动滤波器控制器的最小均方准则自适应算法的步长。

5.根据权利要求4所述的声振智能监测与控制方法，其特征在于，

所述附加噪声滤波器的滤波函数Cn(n)根据以下公式计算：

所述可控噪声滤波器的滤波函数Wn(n)根据以下公式计算：

所述附加振动滤波器的滤波函数Cv(n)根据以下公式计算：

所述可控振动滤波器的滤波函数Wv(n)根据以下公式计算：

其中，n为迭代次数，sn(i)为所述初步声音信号，tn(i)为所述监控声音信号，sv(i)为所述初步振动信号，tv(i)为所述监控振动信号，α、β、γ和δ为预设收敛因子。

6.根据权利要求2所述的声振智能监测与控制方法，其特征在于，

所述噪声滤波器还包括次级噪声通道模型滤波器，所述次级噪声通道模型滤波器为从所述消音器到所述噪声接收位置的物理空间的声音传输特性的模拟模型，其中，所述初步声音信号经所述次级噪声通道模型滤波器滤波后输入至所述附加噪声滤波器和所述噪声滤波器控制器；

所述振动滤波器还包括次级振动通道模型滤波器，所述次级振动通道模型滤波器为从所述隔振器到所述振动接收位置的物理空间的声音传输特性的模拟模型，其中，所述初步振动信号经所述次级振动通道模型滤波器滤波后输入至所述附加振动滤波器和所述振动滤波器控制器。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的声振智能监测与控制方法，其特征在于，

所述噪声采集位置比所述噪声接收位置更远离所述消音器；并且/或者

所述振动采集位置比所述振动接收位置更远离所述隔振器。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的声振智能监测与控制方法，其特征在于，

在所述消音器的声音信号与所述柴油机的噪声信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值持续预设平稳声音时长后，获取所述监控声音信号，并根据所述监控声音信号分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障，

在所述隔振器的振动信号与所述柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定振动阈值持续预设平稳振动时长后，获取所述监控振动信号，并根据所述监控振动信号分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的声振智能监测与控制方法，其特征在于，所述监测分析步骤还包括：

获取所述柴油机的输出轴的转速的信息和扭矩的信息，并根据所述监控声音信号、所述监控振动信号、所述转速的信息和所述扭矩的信息分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的声振智能监测与控制方法，其特征在于，

所述消音器为主被动复合消音器；并且/或者

所述隔振器为主被动一体化隔振器。

11.一种用于柴油机的声振智能监测与控制装置，其特征在于，包括：

噪声控制组件，包括：

第一噪声传感器，用于在噪声采集位置采集所述柴油机的噪声信号，以得到初步声音信号，

噪声滤波模块，用于接收并处理所述初步声音信号，以得到处理后的声音调整信号，

消音器，用于接收所述声音调整信号，以在所述声音调整信号的作用下发声，

第二噪声传感器，用于在噪声接收位置接收所述消音器的声音信号和所述柴油机的噪声信号，得到监控声音信号，

其中，所述噪声滤波模块还用于接收所述监控声音信号，所述噪声滤波模块配置为自适应调整自身参数，使得所述消音器的声音信号与所述柴油机的声音信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值；

振动控制组件，包括：

第一振动传感器，用于在振动采集位置采集所述柴油机的振动信号，以得到初步振动信号，

振动滤波模块，用于接收并处理所述初步振动信号，以得到处理后的振动调整信号，

隔振器，用于接收所述振动调整信号，以在所述振动调整信号的作用下振动，

第二振动传感器，用于在振动接收位置接收所述隔振器的振动信号和所述柴油机的振动信号，得到监控振动信号，

其中，所述振动滤波模块还用于接收所述监控振动信号，所述振动滤波模块配置为自适应调整自身参数，使得所述隔振器的声音信号与所述柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定振动阈值；和

监测分析模块，用于获取所述监控声音信号和所述监控振动信号，并根据所述监控声音信号和所述监控振动信号分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障。

12.根据权利要求11所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于，

所述噪声滤波模块包括：

可控噪声滤波模块，其中所述初步声音信号为所述可控噪声滤波模块的输入信号，所述声音调整信号为所述可控噪声滤波模块的输出信号，

附加噪声滤波模块，所述附加噪声滤波模块的输入信号为所述初步声音信号和所述监控声音信号，所述附加噪声滤波模块的输出信号为附加噪声滤波信号，和

噪声滤波器控制模块，所述噪声滤波器控制模块配置为接收所述初步声音信号、所述监控声音信号和所述附加噪声滤波信号，并根据所述初步声音信号、所述监控声音信号和所述附加滤波噪声信号自适应调整所述可控噪声滤波模块的参数，使得所述消音器的声音信号与所述柴油机的声音信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值；

所述振动滤波模块包括：

可控振动滤波模块，其中所述初步振动信号为所述可控振动滤波模块的输入信号，所述振动调整信号为所述可控振动滤波模块的输出信号，

附加振动滤波模块，所述附加振动滤波模块的输入信号为所述初步振动信号和所述监控振动信号，所述附加振动滤波模块的输出信号为附加振动滤波信号，和

振动滤波器控制模块，所述振动滤波器控制模块配置为接收所述初步振动信号、所述监控振动信号和所述附加振动滤波信号，并根据所述初步振动信号、所述监控振动信号和所述附加滤波振动信号自适应调整所述可控振动滤波模块的参数，使得所述隔振器的振动信号与所述柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定振动阈值。

13.根据权利要求12所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于，

所述噪声滤波器控制模块配置为利用最小均方准则自适应算法调整所述可控噪声滤波模块的参数；

所述振动滤波器控制模块配置为利用最小均方准则自适应算法调整所述可控振动滤波模块的参数。

14.根据权利要求13所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于，

所述附加噪声滤波信号用于调整所述噪声滤波器控制模块的最小均方准则自适应算法的步长；

所述附加振动滤波信号用于调整所述振动滤波器控制模块的最小均方准则自适应算法的步长。

15.根据权利要求14所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于，

所述附加噪声滤波模块的滤波函数Cn(n)根据以下公式计算：

所述可控噪声滤波模块的滤波函数Wn(n)根据以下公式计算：

所述附加振动滤波模块的滤波函数Cv(n)根据以下公式计算：

所述可控振动滤波模块的滤波函数Wv(n)根据以下公式计算：

其中，n为迭代次数，sn(i)为所述初步声音信号，tn(i)为所述监控声音信号，sv(i)为所述初步振动信号，tv(i)为所述监控振动信号，α、β、γ和δ为预设收敛因子。

16.根据权利要求12所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于，

所述噪声滤波模块还包括次级噪声通道模型滤波模块，所述次级噪声通道模型滤波模块为从所述消音器到所述噪声接收位置的物理空间的声音传输特性的模拟模型，其中，所述初步声音信号经所述次级噪声通道模型滤波模块滤波后输入至所述附加噪声滤波模块和所述噪声滤波器控制模块；

所述振动滤波模块还包括次级振动通道模型滤波模块，所述次级振动通道模型滤波模块为从所述隔振器到所述振动接收位置的物理空间的声音传输特性的模拟模型，其中，所述初步振动信号经所述次级振动通道模型滤波模块滤波后输入至所述附加振动滤波模块和所述振动滤波器控制模块。

17.根据权利要求11所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于，

所述噪声采集位置比所述噪声接收位置更远离所述消音器；并且/或者

所述振动采集位置比所述振动接收位置更远离所述隔振器。

18.根据权利要求11所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于，

所述消音器、所述第一噪声传感器和所述第二噪声传感器用于设置在所述柴油机的排气管；并且/或者

所述隔振器用于设置在所述柴油机的机体的下方，所述第一振动传感器和所述第二振动传感器用于设置在所述柴油机的机体的机脚。

19.根据权利要求11所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于，

所述监测分析模块在所述消音器的声音信号与所述柴油机的声音信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值持续预设平稳声音时长后，获取所述监控声音信号，并根据所述监控声音信号分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障，

所述监测分析模块在所述隔振器的振动信号与所述柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定振动阈值持续预设平稳振动时长后，获取所述监控振动信号，并根据所述监控振动信号分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障。

20.根据权利要求1所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于，

所述声振智能监测与控制装置还包括用于检测所述柴油机的输出轴的转速的转速传感器和用于检测所述柴油机的输出轴的扭矩的扭矩传感器，

所述监测分析模块还获取所述转速的信息和所述扭矩的信息，并根据所述监控声音信号、所述监控振动信号、所述转速的信息和所述扭矩的信息分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障。

21.根据权利要求11至20中任一项所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于，

所述消音器为主被动复合消音器；并且/或者

所述隔振器为主被动一体化隔振器。

22.一种柴油机系统，其特征在于，包括：

柴油机，和

根据权利要求11至21中任一项所述的声振智能监测与控制装置，

其中，所述消音器、所述第一噪声传感器和所述第二噪声传感器设置在所述柴油机的排气管；并且/或者，所述隔振器设置在所述柴油机的机体的下方，所述第一振动传感器和所述第二振动传感器设置在所述柴油机的机体的机脚。