车用发动机排气噪声有源主动控制管道模拟研究

论文摘要

论文首先介绍了车用发动机排气噪声的被动消声和主动消声的两种控制方式及研究状况,分析了发动机的排气噪声声源和排气噪声信号的信号属性,并同时确定分析了发动机排气噪声有源控制系统是声源时变和系统参数时变的时变系统。发动机排气噪声信号中的基频噪声是主动控制的主要信号。论文采用LMS算法作为进行主动控制的核心算法,根据发动机排气噪声的环境特性和声学特性,有针对性的进行了LMS算法的适应性的详细分析。由于发动机排气有源噪声控制时,存在次级反馈和次级通路的影响,所以采用单传声器的F×LMS算法,根据发动机排气噪声有源控制处理的信号是有色信号和处理的系统是时变系统的分析,在归一化LMS算法和NF×LMS算法基础上,分析设计了变步长aNF×LMS算法,并应用MATLAB进行了数学仿真试验,验证了算法的适用性。论文后部分先用有限元的数值分析法仿真了台架的声学通路,根据分析的结果,布置建造了排气噪声管道模拟试验台架。在试验中应用论文试制的DSP工作板,根据主次声源的摆放位置不同,进行了多种情况的试验分析,验证了论文提出的改进变步长NF×LMS算法具有一定的适用性,并得出适合发动机排气噪声主动控制的一些结论,为发动机排气噪声实车应用提供了试验经验和理论支持。

论文目录

• 内容提要
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 车用发动机的噪声
• 1.3 车用发动机被动排气消声器及其性能评价
• 1.4 车用发动机无源被动排气消声器试验
• 1.5 车用发动机被动排气消声器仿真
• 1.5.1 四端网络法
• 1.5.2 特征线法
• 1.5.3 有限体积法
• 1.5.4 有限元法、边界元法
• 1.6 车用发动机排气主动消声器
• 1.6.1 有源主动消声技术的发展简述
• 1.6.2 国内有源主动消声研究状况
• 1.6.3 主动控制消声器控制系统的结构
• 1.6.4 排气噪声主动控制消声的基本算法
• 1.7 本章小结及研究意义:
• 1.8 论文主要的内容
• 第2章 发动机排气噪声及主动控制相关概念分析
• 2.1 声源的分类
• 2.2 一维平面波
• 2.3 声波导的形成
• 2.4 声波的叠加干涉
• 2.4.1 驻波
• 2.4.2 相干
• 2.4.3 声波的叠加和相减的声压级
• 2.5 发动机排气噪声声源分析
• 2.5.1 排气噪声源分析
• 2.5.2 主动控制声源的选择
• 2.6 发动机排气噪声信号类别确定
• 2.7 发动机排气噪声自适应主动控制系统的归类
• 2.8 本章小结
• 第3章 排气噪声主动控制最小均方算法理论针对性研究
• 3.1 最小均方自适应算法的简介
• 3.1.1 最小均方自适应算法
• 3.1.2 算法的理论约束条件
• 3.2 算法理论针对性分析
• 3.2.1 LMS算法与最速下降梯度法的相互关系
• 3.2.1.1 LMS算法与最速下降梯度法的算法一致性
• 3.2.1.2 LMS的抽头权值与最速下降梯度法的抽头权值的联系
• 3.3 LMS算法收敛性问题研究
• 3.3.1 输入相关性对自适应算法的收敛性的影响
• 3.3.2 初级参考输入信号与期望信号相关性对算法的影响
• 3.3.3 抽头权值的初始值的确定讨论
• 3.4 采样频率及滤波器长度的影响
• 3.4.1 采样频率的影响
• 3.4.2 滤波器的长度的选择思路
• 3.5 自适应滤波器的权值的特性分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 车用发动机排气噪声主动控制仿真分析
• 4.1 发动机排气有源主动控制
• 4.1.1 发动机排气噪声管道模拟有源主动控制结构
• 4.1.2 发动机排气噪声管道模拟主动控制的算法结构
• 4.2 FxLMS算法和NFxLMS算法分析
• 4.2.1 FxLMS算法
• 4.2.2 归一化FxLMS算法分析
• 4.3 次级通路的辨识
• 4.3.1 自适应在线建模
• 4.3.2 次级通路建模选择
• 4.3.3 自适应离线建模
• 4.4 NFxLMS算法性能仿真讨论
• 4.5 改进归一化变步长算法的提出及完全时变系统仿真
• 4.5.1 变步长因子分析
• 4.5.2 新的变步长算法的提出
• 4.5.3 变步长算法的数学仿真试验
• 4.5.4 归一化滤波-X filter变步长（aNFxLMS算法）时变系统仿真
• 4.6 自适应滤波器长度分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 发动机排气噪声主动控制管道模拟试验
• 5.1 有源噪声主动控制系统硬件选用
• 5.1.1 主要电声器件
• 5.1.2 核心控制器部分
• 5.2 试验工作板及算法程序
• 5.2.1 试验工作板的结构及工作功效
• 5.2.2 自适应有源主动控制的程序编制
• 5.3 试验系统的布置
• 5.3.1 管道声场数值仿真
• 5.3.2 消声主通道的实际模型
• 5.3.3 试验方案及消声系统的主要外围器件
• 5.4 自适应主动控制系统标定及传声器布置和声源布置的限定
• 5.4.1 系统标定
• 5.4.2 速度恒定声源和传声器的布置要求
• 5.5 试验分析
• 5.5.1 试验数据分析
• 5.5.2 试验总结
• 5.6 本章小结
• 第6章 全文总结及展望
• 6.1 论文核心结论
• 6.2 展望
• 6.3 论文的创新点
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT