基于FXLMS算法的窄帶主動噪聲控制系統(tǒng)性能分析研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、噪聲污染已經(jīng)成為一個全世界都十分關注的環(huán)境問題。傳統(tǒng)被動噪聲控制方法能夠在寬范圍內對高頻噪聲進行很好的抑制,高頻特性好,但對低頻噪聲抑制效果不佳甚至無能為力。相對于傳統(tǒng)被動噪聲控制方法,主動噪聲控制(Active Noise Control-ANC)方法具有良好的低頻特性,非常適用于控制低頻諧波噪聲。這類噪聲常產生于旋轉設備或具有往復運動的裝置。諧波噪聲其能量集中于有限的頻率,是典型、常見的窄帶噪聲。在ANC領域,將用于控制窄帶噪聲的系

2、統(tǒng)稱之為窄帶ANC系統(tǒng)。社會和經(jīng)濟的發(fā)展,對工業(yè)設備、運輸設備等的需求不斷增加,由此帶來的噪聲污染不可忽視。由于在抑制低頻窄帶噪聲方面的有效性,窄帶ANC系統(tǒng)備受關注。
  對窄帶ANC系統(tǒng)性能的深刻理解和掌握,必須建立在對系統(tǒng)性能細致深入的分析基礎之上;另一方面,深入的系統(tǒng)性能分析能夠為我們提供系統(tǒng)進一步改進的理論依據(jù)并指引改進方向。本文以統(tǒng)計最小均方(LMS)理論為分析基礎,對基于濾波-X最小均方(Filtered-X LMS

3、:FXLMS)算法的窄帶ANC系統(tǒng)展開詳盡深入的性能分析。這里所謂的性能分析是指對系統(tǒng)進行隨機分析或統(tǒng)計分析,即從統(tǒng)計意義上分析算法的收斂性甚至穩(wěn)態(tài)特性。論文主要創(chuàng)新性研究工作體現(xiàn)在如下幾個方面:
  (1)對于含次級通道在線辨識的窄帶前饋ANC系統(tǒng),系統(tǒng)自激是一種降低輔助噪聲信號對系統(tǒng)性能的影響的有效方法。然而,利用自激提高系統(tǒng)性能的機理并不明確,尚缺乏理論上的說明。本文針對一種利用自激提高性能的含次級通道在線辨識的窄帶前饋AN

4、C系統(tǒng),從其控制濾波器權值估計誤差出發(fā),建立控制系統(tǒng)性能的差分方程。利用統(tǒng)計理論和現(xiàn)代信號處理理論解算差分方程,進而對系統(tǒng)展開了詳盡深入的性能分析,包括動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能分析,給出了自激促進系統(tǒng)性能提高的理論說明,同時分析出影響系統(tǒng)性能的關鍵環(huán)節(jié)。
  (2)在窄帶前饋ANC系統(tǒng)中,若非聲學傳感器或參考信號發(fā)生器存在一定的誤差,將導致參考信號頻率與目標噪聲頻率失調或不匹配(Frequency Mismatch-FM)。對于線性系統(tǒng)

5、,即使很小的FM也能導致系統(tǒng)無法有效消除目標噪聲??紤]實際系統(tǒng)中沒有復數(shù)運算的物理實現(xiàn),且噪聲頻率成分往往比較豐富,本文從實數(shù)域和時間域針對存在小量FM的窄帶前饋ANC系統(tǒng)進行了統(tǒng)計性分析,并考察了多頻率情形。從平均意義上初步探討了FM對窄帶前饋ANC系統(tǒng)性能的影響,同時給出了系統(tǒng)的穩(wěn)定邊界及其與FM的關系。
  (3)當反饋ANC系統(tǒng)用于消除窄帶噪聲時,由于參考信號是通過內部估計產生,不存在FM問題。與前饋系統(tǒng)相比,反饋系統(tǒng)魯棒

6、性要差。但控制算法相對簡單且結構緊湊,反饋系統(tǒng)的應用仍然很廣泛。對于反饋系統(tǒng),反饋結構的存在使得反饋ANC系統(tǒng)性能的分析難以開展。受上述窄帶前饋ANC系統(tǒng)性能分析思路和方法的啟發(fā),本文從新的角度對用于抑制窄帶噪聲的反饋ANC系統(tǒng)進行了深入的性能分析。推導出了系統(tǒng)內部各信號離散傅立葉系數(shù)(Discrete Fourier Coefficient-DFC)間的內在關系,分析得到了控制濾波器權值穩(wěn)態(tài)解的特性。據(jù)此,建立基于控制濾波器權值的差分

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