无需次级通道模型的谐频有源控制系统研究

In a time-varying enviroment, The common used harmonic Active control system is based on the parallel narrowband active control algorithm with on-line secondary path modeling. However, in these methodes, an addtional noise should be injected in the seocondary source which degrades the control preformance. In additional, these methodes will introduce at least two adaptive filter, which increases system complexity and risk of instabilty. In our proposal, we will study the harmonic active control system without secondary path model, which selects the proper convergence coefficents and fundamental frequency according to the error signal and the coefficents of adaptive filter. Firstly, the convergence behavior of parallel narrowband active control algorithm will be analyzed for different convergence coefficents. Secondarily, the characteristic parameters will be found to represent the system convergence and the fundamental frequency estimation error. Thirdly, a method for robust estimation of these characteristic parameters will be proposed. Finnaly, by means of these characteristic parameters, the convergence direction and fundamental frequency are corrected. The studies in this project will be helpful for the theoretical development and practial applications of active contry system.

现有时变环境下的谐频有源控制系统均采用包含次级通道在线建模的并行窄带有源控制算法。该类方法需要在次级源处添加额外的建模信号，导致控制性能下降。另外，由于存在至少两个自适应滤波器同时工作，系统较为复杂，当环境变化较大时，容易出现不稳定现象。鉴此，本项目拟研究一种无需次级通道模型的谐频有源控制系统，直接根据误差信号和滤波器系数的变化规律选择合适的收敛系数和基频频率，保证系统最优控制效果和在时变环境下的稳定性。首先对已有的并行窄带有源控制算法进行理论分析，建立收敛系数、收敛方向、基频估计误差、次级通道非线性与系统收敛曲线间的数学模型。寻找特征参数，表征系统收敛状态和基频估计误差；研究复杂环境下，这些特征参数的提取方法；根据特征参数，对系统收敛方向与基频信息进行校正，最终形成无次级通道模型的并行窄带有源控制理论。该项目的研究成果对进一步推动有源控制理论的发展及其在实际工程中的应用具有重要的意义。

在现实环境中，噪声与振动通常是由于一些旋转机器引起的，对于这类噪声与振动的控制通常采用谐频有源控制系统。本项目首先对不同条件下的谐频有源控制算法进行了理论分析。理论分析结果进一步拓展了自适应算法理论。根据理论分析结果，改进了现有的谐频有源控制系统，使其更加稳定工作。研究成果已用于汽车发动机有源降噪，离心泵有源隔振，通风管路有源降噪等场合。项目的主要工作和成果如下：.1）对谐频有源控制算法的收敛性质进行了理论推导和仿真验证，综合分析了时域控制器结构、次级通道及其模型对收敛过程造成的影响。研究表明：在单通道情况下，时域算法的收敛过程主要取决于控制器结构和次级通道的相位误差，并且存在一临界相位误差使算法具有最快的收敛速度。而在多通道情况下，时域算法的收敛过程将受控制器结构、次级通道及其模型的综合影响；不合理的控制器结构不仅会减慢时域算法的收敛速度，甚至还会影响算法的稳定性。该研究填补了一般控制器结构下、次级通道模型存在误差时窄带时域算法收敛特性分析的理论空白。.2）谐频有源控制算法的参考信号是由估计的初级噪声源频率产生，本项目分析了估计频率与初级噪声频率存在频率偏差时的系统收敛性能。建立了频率偏差与理论降噪量间的关系。.3）在一些场合，如次级声源或功放工作在过载状态，次级通道存在非线性。次级通道的非线性会极大减低系统的收敛性能甚至导致其出现不稳定。本项目分析了次级通道非线性时谐频有源控制算法的性能曲面，同时给出了自适应算法的收敛条件。.4）与传统的无次级通道有源算法不同，无次级通道谐频有源控制算法的参考信号由估计的频率产生。因此无次级通道谐频有源控制算法主要难点在于频率的准确估计。本项目提出了一种与并行自适应陷波器相结合的谐频有源控制算法，实验结果表明，该方法可以更加精确的对初级噪声频率进行估计，从而取得更好的降噪效果。