【摘要】：隨著旋轉(zhuǎn)設(shè)備在日常生活中的廣泛應(yīng)用,其產(chǎn)生的噪聲問(wèn)題引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注,各種噪聲控制技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生,其中主動(dòng)噪聲控制(Active Noise Control,ANC)技術(shù)最具代表性。ANC技術(shù)在線(xiàn)性控制領(lǐng)域已經(jīng)取得了豐碩的理論成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),但是實(shí)際噪聲環(huán)境一般具有非線(xiàn)性問(wèn)題,如參考信號(hào)為混沌噪聲,聲學(xué)路徑為非線(xiàn)性系統(tǒng)等。這些非線(xiàn)性問(wèn)題嚴(yán)重限制了傳統(tǒng)線(xiàn)性ANC技術(shù)的應(yīng)用,促使非線(xiàn)性ANC技術(shù)的研究備受關(guān)注。控制系統(tǒng)按照物理結(jié)構(gòu)可以分為前饋控制、反饋控制和前反饋混合控制。前饋控制結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng),但是不適用于時(shí)變和非線(xiàn)性對(duì)象。反饋控制結(jié)構(gòu)魯棒性較強(qiáng),且適用于時(shí)變和非線(xiàn)性對(duì)象,但是系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制精度較差。前反饋混合控制結(jié)構(gòu)對(duì)前兩者進(jìn)行了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),具有更廣泛的應(yīng)用環(huán)境和更高的控制精度及系統(tǒng)穩(wěn)定性。旋轉(zhuǎn)設(shè)備的噪聲根據(jù)其頻帶特性可以分為窄帶噪聲、寬帶噪聲和寬窄帶混合噪聲。因此論文分別針對(duì)窄帶噪聲、寬帶噪聲和寬窄帶混合噪聲,基于前反饋混合結(jié)構(gòu)研究新型、高效的非線(xiàn)性ANC方法。針對(duì)窄帶噪聲,研究基于FELMS(Filtered-Error Least Mean Square)算法的窄帶ANC(FELMS-based Narrowband ANC,FE-NANC)系統(tǒng),并在平均和均方意義下分析該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性、穩(wěn)態(tài)特性以及步長(zhǎng)穩(wěn)定邊界。在非線(xiàn)性初級(jí)路徑條件下,分析初級(jí)噪聲頻率特性,建立其與參考信號(hào)頻率的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)前饋頻率拓展和反饋頻譜估計(jì)結(jié)構(gòu)快速準(zhǔn)確地獲取初級(jí)噪聲頻率,將其作為新的參考信號(hào)頻率,基于FE-NANC系統(tǒng)研究低復(fù)雜度窄帶非線(xiàn)性ANC方法。此外,通過(guò)引入誤差分離技術(shù)進(jìn)一步提高該方法的降噪效果和收斂特性。針對(duì)寬窄帶混合噪聲,分析初級(jí)噪聲的頻帶特性,研究前饋FLANN(Function Link Artificial Neural Network)結(jié)構(gòu)和反饋FIR(Finite Impulse Response)結(jié)構(gòu)的降噪機(jī)理,并詳細(xì)分析其各自的降噪優(yōu)缺點(diǎn),提出了FLANN-FIR混合結(jié)構(gòu)的ANC方法。該方法對(duì)前饋FLANN結(jié)構(gòu)和反饋FIR結(jié)構(gòu)的降噪效果進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),不僅提高了系統(tǒng)的收斂速度,而且同時(shí)對(duì)初級(jí)噪聲中的線(xiàn)性分量和非線(xiàn)性分量都具有明顯降噪效果。針對(duì)寬帶混沌噪聲和隨機(jī)噪聲,研究反饋非線(xiàn)性ANC方法進(jìn)行降噪處理。反饋ANC系統(tǒng)是一個(gè)初級(jí)噪聲的反饋預(yù)測(cè)過(guò)程,不受聲反饋的影響。但是寬帶混沌噪聲和隨機(jī)噪聲不能線(xiàn)性預(yù)測(cè),且非線(xiàn)性預(yù)測(cè)精度不佳。為成功解決該問(wèn)題,利用小波包對(duì)寬帶混沌噪聲和隨機(jī)噪聲進(jìn)行全頻段分解,然后進(jìn)行線(xiàn)性獨(dú)立預(yù)測(cè),構(gòu)成新型反饋非線(xiàn)性ANC方法。與傳統(tǒng)的反饋非線(xiàn)性ANC方法相比,提出的方法對(duì)寬帶混沌噪聲和隨機(jī)噪聲的降噪效果更加明顯,特別是寬帶隨機(jī)噪聲。針對(duì)非線(xiàn)性ANC中的聲反饋問(wèn)題開(kāi)展研究,提出了基于雙線(xiàn)性FLANN(Bilinear FLANN,BFLANN)濾波器的非線(xiàn)性ANC方法。該方法主要包含F(xiàn)LANN結(jié)構(gòu)、反饋輸出項(xiàng)以及輸入與輸出的乘積項(xiàng)。因?yàn)镕LANN和輸入與輸出乘積項(xiàng)都具有非線(xiàn)性映射能力,所以與FLANN相比,BFLANN可以處理更復(fù)雜的非線(xiàn)性ANC問(wèn)題。在BFLANN中,反饋輸出項(xiàng)和輸入與輸出乘積項(xiàng)可以分別對(duì)線(xiàn)性聲反饋和非線(xiàn)性聲反饋進(jìn)行補(bǔ)償,從而成功解決非線(xiàn)性ANC中的聲反饋問(wèn)題。此外,詳細(xì)的理論推導(dǎo)充分證明當(dāng)BFLANN輸入有界時(shí),其輸出同樣有界。為了驗(yàn)證論文中提出的基于前反饋混合結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性ANC方法的降噪有效性,本文設(shè)計(jì)了封閉空間的ANC實(shí)驗(yàn)平臺(tái),該封閉空間是尺寸為2.2m×1.1m×1.2m的矩形空間。ANC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的控制器由實(shí)時(shí)控制模塊dSPACE DS1104和MATLAB/Simulink軟件構(gòu)成。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分別對(duì)文中提出的方法在不同非線(xiàn)性聲學(xué)環(huán)境下進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分說(shuō)明:(1)FE-NANC系統(tǒng)不僅節(jié)約計(jì)算成本而且成功實(shí)現(xiàn)了多頻窄帶參考信號(hào)的實(shí)時(shí)降噪;(2)FLANNFIR方法提高了傳統(tǒng)非線(xiàn)性ANC方法的收斂速度和降噪能力;(3)BFLANN方法成功降低了線(xiàn)性聲反饋和非線(xiàn)性聲反饋的影響。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TB535

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2618962