[发明专利]一种主动噪声多变量控制设计方法

说明书

本发明提供了一种主动噪声多变量控制设计方法，包括确定噪声传递路径特征、选择鲁棒设计点、设计主动噪声控制率和控制确认；通过系统辨识，分别获得噪声源和扬声器到降噪位置各传递路径的频域传递函数；依据频域传递函数在复平面作图，并选取鲁棒设计点；并根据选取的鲁棒设计点坐标，设计主动噪声控制率；实时仿真以确认主动噪声控制率满足性能要求；若不满足则修改扬声器位置，重新开展优化设计；本发明提供的主动噪声多变量控制设计方法，相对于传统基于优化算法和递推最小二乘算法的设计方法，在针对多变量控制的情况下，不需要迭代而直接获得最优控制率；所获得的最优控制率能保证性能变量同时减小，具备优良的主动噪声控制性能。

技术领域

本发明涉及噪声控制技术领域，主要涉及一种主动噪声多变量控制设计方法。

背景技术

随着工业设备(如发动机，风扇、鼓风机、变压器和压缩机)使用频率的提高，噪音问题愈发严重，尤其是在运输系统中(例如，车辆、火车、飞机和船舶)、制造工厂、电气电器(如空调、冰箱、洗涤器，和吸尘器)，医疗设备(例如，磁共振成像(MRI)系统和婴儿孵化器和人类活动(例如，拥挤的公众，空间、办公室和卧室)。传统的被动控制技术，如耳塞、耳罩、隔音墙、消声器，和吸音材料，采用的是简单的物理方法，利用材料的各种特性，对噪声源采取隔离、减震、阻尼等方式来减弱噪声可以有效的减少中高频噪声的负面影响，但是，它们需要的材料体积较大，成本高昂，对于低频噪声的抑制效果不强且无效。为了克服被动降噪的缺陷，主动降噪越来越受到重视。

主动噪声控制(ANC)是一种基于叠加原理的电声技术，即由次级场声源生成具有相同振幅但相位相反的次级场噪声，从而在接收处降低初始声场的强度。因此，主动噪声控制采用“有源消声”技术，在结构上有一个内置麦克风和声学处理器，先通过麦克风收集外界的噪声，然后再通过处理器分析，产生反相的声波抵消噪声。众多应用表明，当噪音较大且持续时间较长时，主动降噪的降噪效果要明显优于被动降噪。因此，在技术创新方面，各国科研机构更专注于主动降噪方法的改进。

主动降噪技术的方法主要有前馈式和反馈式两种方式，前馈式主动降噪中噪音的消除回路是开环的，而反馈式主动降噪通过闭环回路反馈自动调节，降噪效果更好，但结构和电路也相对复杂。如专利CN104616650A公开了一种用于改善小空间内部声学环境的装置和方法，通过位于不同位置的反相噪声输出单元抵消噪声，属于前馈式主动降噪；而专利CN105298933A公开了一种用于轴流风扇的主动噪声控制装置及方法，该方法通过二次回路补偿噪声，属于反馈式主动降噪，可以看出，系统复杂度也显著增加。

不论前馈式主动降噪，还是反馈式主动降噪，目前的技术和方法均基于优化算法和递推最小二乘算法。这些方法在针对多变量控制的情况下，需要多次迭代才能找到最优解。不需要迭代而直接获得最优控制的主动噪声多变量控制方法，在目前的公开文献中，未见有相关方法的报道。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种主动噪声多变量控制设计方法，解决背景技术中所述问题，即不需要迭代而直接获得最优控制的主动噪声多变量控制方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种主动噪声多变量控制设计方法，包括以下步骤：

步骤S1、确定噪声传递路径特征；通过系统辨识，分别获得噪声源和扬声器到降噪位置各传递路径的频域传递函数如下所示：

其中y(jω)和z(jω)分别为待降噪处的噪声幅频特性，u(jω)为扬声器幅频特性，n(jω)为噪声源幅频特性；g₁₁(jω)代表y(jω)到u(jω)的频域传递函数，g₂₁(jω)代表z(jω)到u(jω)的频域传递函数，g₁₂(jω)代表y(jω)到n(jω)的频域传递函数，g₂₂(jω)代表z(jω)到n(jω)的频域传递函数；