一种变压器噪声有源控制算法制造技术

本发明专利技术公布了一种改进的变压器噪声有源控制算法。本发明专利技术显著优点在于：(1)采用直接数字合成参考信号，仅需要拾取初级噪声中的基波频率成分，参考信号获取简单；(2)采用离线扰动建模方法，建模方法简单；(3)算法的控制权重更新间隔为多个谐波噪声周期，计算量小。建模时，所加的扰动大小应为误差传声器处初级谐波噪声变化量的5倍以上或初级谐波噪声幅度的10％以上，以保证获得比较好的次级路径传递函数的建模结果。控制权重更新式中泄漏系数le的取值应兼顾算法的稳定性和降噪性能，取值为0.9999；收敛系数μ的取值应兼顾算法的收敛速度和稳定性，在误差传声器和控制源距离为20cm时取值为0.05。

【技术实现步骤摘要】
一、
本专利技术涉及有源噪声控制系统的噪声控制算法。对于变压器噪声具有的谐波特性提出了一种有源控制改进算法。二、
技术介绍
变压器噪声主要来源于铁心，铁心在交变的磁通作用下，由于磁致的伸缩，发出交流声，其特性为工频的偶数倍频关系，主要以100Hz，200Hz，300Hz为主。这种低频的交流噪声，使用无源控制技术，降噪设备的尺寸通常比较大，且降噪效果不明显。有源噪声控制技术恰好可以弥补这一不足。为了实现较好的降噪效果，多采用自适应算法，如Filtered-X LMS(FXLMS)算法(V Martin，A Roure.Active noise control of acoustic sources using spherical harmonics expansion and agenetic algorithm：simulation and experiment.Journal of Sound and Vibration 1998；212(3)：511-523.)。但FXLMS算法中长的自适应滤波器和大的计算量不适合多通道实现。对于谐波噪声，一种常用的参考信号是包含着对应控制频率成分的多个正弦信号，其生成方法是基于自适应陷波器技术的。美国专利US4878188提出一种采用自适应陷波器技术控制单频噪声的有源控制方法，但该方法在次级通道在控制频带外有很大的增益时会导致控制不稳定。一种基于自适应陷波器技术的控制谐波噪声的频率评估方法被提出(S Kim，Y Park.Active control of multi-tonal noisewith reference generator based on on-line frequency estimation.Journal of Sound and Vibration1999；227(3)：647-666.)，该方法具有收敛快，稳定性好，不需要参考信号的优点，但由于需要进行在线频率评估，计算量相比US4878188提出的方法要大。中国专利CN101427306A在利用自适应陷波器的主动型噪声控制装置中，通过将更新单元的参考信号设为三角波来减少运算量。CN101647058A在使用自适应陷波器的有源噪声控制装置中利用在所要降低的噪声频率的1/2周期内对误差信号进行处理来减少运算负荷。Qiu等提出了一种基于扰动在线建模的变压器噪声控制算法(X Qiu，et al.An algorithm for activecontrol of transformer noise with online cancellation path modeling based on三、
技术实现思路
1、专利技术目的：提出一种改进的变压器噪声有源控制算法。该方法的参考信号获取和建模方法均简单，且计算量小。2、技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术所提出的算法其参考信号通过获取初-->级噪声的基频频率直接数字合成，采用离线扰动建模和多个谐波噪声周期更新控制权重一次以减少计算量。附图1是单频初级噪声，单通道单输出系统原理框图，图中是初级噪声，具有相对固定的频率和相位，如同变压器的某一谐波噪声。v(n)是不期望的附加初级噪声。e(n)是误差传声器处的信号。P(z)是初级路径传递函数，S(z)是次级路径传递函数。Acs(n)是控制输出的正弦分量，Acc(n)是控制输出的余弦分量。sin(ωn)和cos(ωn)是根据初级噪声产生的参考信号的正弦和余弦分量，用来估算误差信号的正弦分量Aes(n)和余弦分量Aec(n)，可参见(1)式，并合成输出控制信号y(n)。Aes(n)=2NΣi=1Nsin(ω(n-N+i))e(n-N+i)]]>(1)]]>Aec(n)=2NΣi=1Ncos(ω(n-N+i))e(n-N+i)]]>其中N为多个谐波噪声周期的采样点数。所提出的算法次级路径传递函数仅仅是一个矩阵Css，Csc，Ccs，Ccc是次级路径传递函数S(z)中的相应分量。定义Css为次级路径传递函数中误差信号的正弦分量与控制信号正弦输出的比值，Csc为次级路径传递函数中误差信号的余弦分量与控制信号正弦输出的比值，Ccs为次级路径传递函数中误差信号的正弦分量与控制信号余弦输出的比值，Ccc为次级路径传递函数中误差信号的余弦分量与控制信号余弦输出的比值。所提出算法的控制权重更新式如(2)式，Acs(n+1)＝leAcs(n)-2μ(Aes(n)Css+Aec(n)Csc)(2)Acc(n+1)＝leAcc(n)-2μ(Aes(n)Ccs+Aec(n)Ccc)其中le是泄漏系数，μ是收敛系数。该算法的收敛条件为Acp是次级路径传递函数的幅度。基于公式(1)中的N个采样点数更新(2)式一次，因此该算法的计算量较小。所提出算法的控制输出可表达为y(n)＝Acs(n)sin(ωn)+Acc(n)cos(ωn)    (3)整个算法的代价函数是误差信号的各个分量的平方和最小，即J=E(Aes2(n)+Aec2n)---(4)]]>对于一个具有L个控制输出，M个误差信号的系统，其代价函数为J=E(Σm=1M(Aesm2(n)+Aecm2(n)))---(5)]]>相应的第l个控制信号的正余弦分量可表达为Acsl(n+1)=leAcsl(n)-2μΣm=1M(Aesm(n)Csslm+Aecm(n)Csclm)]]>(6)]]>-->Accl(n+1)=leAccl(n)-2μΣm=1MAesm(n)Ccslm+Aecm(n)Ccclm)]]>其中l是控制器的编号，m是误差传声器的编号。相应的第l个控制信号的输出可以表达为yl(n)＝Acsl(n)sin(ωn)+Accl(n)cos(ωn)    (7)下面以单频噪声，单输入单输出系统为例描述参考信号的正弦分量sin(ωn)和余弦分量cos(ωn)的产生、次级路径传递函数Css，Csc，Ccs和Ccc的离线建模和系统跟踪控制的过程。(1)参考信号的正弦和余弦分量产生正弦和余弦分量产生流程可参见附图2。拾取初级噪声中的基波分量是为了得到与谐波噪声基波频率相一致的脉冲信号，该脉冲信号触发数字信号处理板直接数字合成与谐波噪声频率一致的参考信号。(2)离线扰动建模次级路径传递函数是一个矩阵可以通过加一定大小的扰动到控制输出来获得次级路径传递函数。所加的扰动大小应为误差传声器处初级谐波噪声变化量的5倍以上或初级谐波噪声幅度的10％以上，以保证获得比较好的次级路径传递函数的建模结果。在多个谐波周期内，一个扰动ΔAc加到控制输出的正弦分量，得到一个相对应的误差信号的正弦变化量ΔAes和余弦变化量ΔAec(n)，可以表达为ΔAes(n)＝ΔAcCss+δ1(8)ΔAec(n)＝ΔAcCsc+δ1其中δ1是在该段时间内初级谐波噪声的自身变化量，其应比ΔAc小得多，有Css≈ΔAes(n)ΔAc(n)]]>(9)]]>Csc≈ΔAec(n)ΔAc(n)]]>在同样多的谐波周期内，一个扰动ΔAc加到控制输出的余弦分量，得到一个相对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种改进的变压器噪声的有源控制算法，其特征为：（１）参考信号采用直接数字合成实现，仅需要拾取初级噪声中的基波频率成分；（２）次级路径传递函数用矩阵描述，采用离线扰动建模方法获得；（３）算法的控制权重更新间隔为多个谐波噪声周期。

【技术特征摘要】
1.一种改进的变压器噪声的有源控制算法，其特征为：(1)参考信号采用直接数字合成实现，仅需要拾取初级噪声中的基波频率成分；(2)次级路径传递函数用矩阵描述，采用离线扰动建模方法获得；(3)算法的控制权重更新间隔为多个谐波噪声周期。2.如权利要求1所述的参考信号采用直接数字合成实现的特征为：(1)通过非声传感器得到初级噪声的电信号r1；(2)电信号r1进行预放大得到电信号r2；(3)电信号r2经过中心频率为谐波噪声的基频频率，品质因数为10的带通滤波器得到电信号r3；(4)电信号r3经过进一步的放大得到与谐波噪声的基频同频的脉冲信号r4；(5)脉冲信号r4触发数字信号处理板的外中断；(6)数字信号处理板的外中断响应函数中计算两次中断间隔指令周期数Tp；(7)数字信号处理板的模数转换中断响应函数中计算两次中断间隔指令周期数Tad；(8)数字信号处理板的模数转换中断响应函数中计算谐波噪声基频的相位量p1，二倍频的相位量p2，三倍频的相位量p3，计算公式为p1＝p1+2π*Tad/Tp，p2＝2.0*p1，p3＝3.0*p1；(9)数字信号处理板的模数转换中断响应函数中分别生成与谐波噪声基频频率一致的参考信号的正弦分量refsin1，余弦分量refcos1；与二倍频频率一致的参考信号的正弦分量refsin2，余弦分量refcos2；与三倍频频率一致的参考信号的正弦分量refsin3，余弦分量refcos3；计算公式为refsin1＝sin(p1)，refcos1＝cos(p1)refsin2＝sin(p2)，refcos2＝cos(p2)refsin3＝sin(p3)，refcos3＝cos(p3)。3.如权利要求1所述的次级路径传递函数用矩阵描述的特征为：(1)次级路...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽敏，陶建成，邱小军，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84