本文關(guān)鍵詞：基于FXLMS算法的礦用有源降噪技術(shù)的研究

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【摘要】：噪聲是煤礦井下主要職業(yè)危害之一。煤礦井下噪聲具有低頻突出、強(qiáng)度大、干擾時(shí)間長、穿透性強(qiáng)等特點(diǎn)。近年來,隨著《中華人民共和國職業(yè)病防治法》、《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》等法規(guī)的出臺(tái),我國對煤礦井下噪聲的危害逐漸重視起來。傳統(tǒng)降噪技術(shù)對中高頻噪聲降噪效果比較顯著,對低頻噪聲降噪效果并不明顯,而有源降噪技術(shù)是對傳統(tǒng)降噪技術(shù)的一個(gè)彌補(bǔ),具有良好的低頻降噪特性。因此開展對煤礦井下有源降噪技術(shù)的研究對進(jìn)一步研發(fā)出具有實(shí)用價(jià)值的有源降噪耳罩具有十分重要的意義。本文在分析有源降噪技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,結(jié)合煤礦井下噪聲源及噪聲特點(diǎn),對煤礦井下低頻噪聲開展了基于FXLMS自適應(yīng)降噪算法的有源降噪技術(shù)的研究。FXLMS算法性能主要受收斂速度、穩(wěn)態(tài)誤差、運(yùn)算量三個(gè)因素的影響,三者之間又相互制約。由于煤礦井下噪聲密集,致使算法運(yùn)算量大,同時(shí)收斂速度變慢,而收斂系數(shù)μ是FXLMS算法一個(gè)重要的量,也是優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文通過在穩(wěn)態(tài)誤差不同的階段,選取不同的收斂系數(shù)μ,不僅提高了FXLMS算法的收斂速度,同時(shí)也降低了算法運(yùn)算量和穩(wěn)態(tài)誤差。在此基礎(chǔ)上采用離線建模方法建立了次級通道模型,并通過仿真驗(yàn)證其收斂性。設(shè)計(jì)了DSP芯片、選用ADAU1772處理器等構(gòu)建了有源降噪控制系統(tǒng),并對煤礦井下低頻噪聲中具有代表性的1kHz正弦信號進(jìn)行單音降噪仿真實(shí)驗(yàn)；在1kHz正弦信號中加入單音噪聲能量的20%的干擾噪聲信號進(jìn)行了降噪實(shí)驗(yàn)；采集了KCS250礦用濕式除塵器的噪聲數(shù)據(jù)并進(jìn)行了降噪實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的有源降噪控制系統(tǒng)的降噪效果。通過研究,得到以下結(jié)論：(1)收斂系數(shù)μ是FXLMS算法的一個(gè)非常重要的量,它的取值決定著自適應(yīng)過程是否收斂,以及收斂的速度快慢和自適應(yīng)過程中穩(wěn)態(tài)誤差的大�。�(2)基于FXLMS算法優(yōu)化設(shè)計(jì)的次級通道的模型仿真結(jié)果表明：擬合的次級通道曲線與實(shí)測曲線歸一化能量偏離誤差小于0.05,且相位差約40度,說明次級通道模型是收斂穩(wěn)定的；(3)設(shè)計(jì)的有源降噪控制系統(tǒng)對1kHz正弦信號的單音降噪量可以到達(dá)30dB；對加入干擾噪聲的正弦信號,其降噪量基本沒有影響,說明干擾噪聲對正弦信號的降噪幾乎沒有影響；(4)設(shè)計(jì)的有源降噪控制系統(tǒng)采集的噪聲頻率數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。對KCS250礦用濕式除塵器測量的基頻約為680Hz,與理論計(jì)算的除塵器頻率677 Hz相差不到0.5%；(5)設(shè)計(jì)的有源降噪控制系統(tǒng)對KCS250礦用濕式除塵器噪聲降噪量達(dá)到了5-6dB。
【關(guān)鍵詞】：煤礦噪聲 自適應(yīng)控制 有源降噪技術(shù) FXLMS算法 次級通道建模
【學(xué)位授予單位】：煤炭科學(xué)研究總院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB535;TD79
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-21
• 1.1 論文研究背景與意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外煤礦噪聲控制現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 傳統(tǒng)噪聲控制技術(shù)12-14
• 1.2.2 有源噪聲控制技術(shù)14-16
• 1.3 國內(nèi)外有源噪聲控制技術(shù)研究現(xiàn)狀16-19
• 1.4 本論文的研究內(nèi)容19-20
• 1.5 本章小結(jié)20-21
• 2 煤礦井下噪聲特點(diǎn)與自適應(yīng)有源降噪技術(shù)21-29
• 2.1 煤礦井下噪聲源分析21-22
• 2.1.1 采煤工作面噪聲源21
• 2.1.2 掘進(jìn)工作面噪聲源21-22
• 2.1.3 其他方面噪聲源22
• 2.1.4 煤礦井下噪聲的特點(diǎn)分析22
• 2.2 自適應(yīng)有源降噪技術(shù)22-28
• 2.2.1 自適應(yīng)濾波器結(jié)構(gòu)22-24
• 2.2.2 自適應(yīng)濾波算法24-28
• 2.3 本章小結(jié)28-29
• 3 FXLMS算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)及其次級通道建摸與仿真29-40
• 3.1 影響FXLMS算法性能的因素分析29
• 3.2 FXLMS算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)29-31
• 3.3 次級通道對有源降噪系統(tǒng)性能影響因素分析31-34
• 3.4 次級通道建模方法34-35
• 3.4.1 離線建模方法34-35
• 3.4.2 在線建模方法35
• 3.5 基于優(yōu)化設(shè)計(jì)的FXLMS算法的次級通道建模與仿真35-39
• 3.5.1 基于優(yōu)化設(shè)計(jì)的FXLMS算法的次級通道建模35-36
• 3.5.2 次級通道仿真36-39
• 3.6 本章小結(jié)39-40
• 4 自適應(yīng)有源降噪系統(tǒng)設(shè)計(jì)40-51
• 4.1 自適應(yīng)有源降噪控制系統(tǒng)40-42
• 4.1.1 自適應(yīng)有源降噪控制系統(tǒng)原理40-41
• 4.1.2 自適應(yīng)有源降噪控制系統(tǒng)分類41-42
• 4.2 自適應(yīng)有源降噪系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)42-44
• 4.2.1 數(shù)字信號處理電路42-43
• 4.2.2 外圍電路43-44
• 4.3 自適應(yīng)有源降噪系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)44-49
• 4.3.1 DSP芯片程序設(shè)計(jì)流程44-45
• 4.3.2 DSP芯片程序設(shè)計(jì)45-49
• 4.4 本章小結(jié)49-51
• 5 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析51-59
• 5.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)51
• 5.2 單頻消音能力測試51-55
• 5.2.1 測試1kHz正弦信號的消音能力51-52
• 5.2.2 相關(guān)性試驗(yàn)52-55
• 5.3 250除塵器噪聲分析及降噪55-58
• 5.3.1 KCS250礦用濕式除塵器噪聲分析55-57
• 5.3.2 對KCS250礦用濕式除塵器進(jìn)行降噪57-58
• 5.4 本章小結(jié)58-59
• 6 結(jié)論與展望59-61
• 6.1 結(jié)論59-60
• 6.2 展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-66
• 致謝66-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表論文67

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本文編號：850491