管道噪声有源控制系统的研究

论文摘要

有源噪声控制（Active Noise Control,简称ANC）是近年来发展的控制低频噪声非常有效的方法,具有广阔的应用领域。管道有源噪声控制技术是其中的一个重要分支。管道声场相对于其他封闭空间和有界空间具有相对简单的声场模型,从而简化了有源噪声控制技术声学传递函数。在管道中,采用单通道就会得到很好的降噪效果。因此,管道有源噪声控制有着重大的研究意义。该技术的控制对象是当前工业生产和人们生活环境中存在的管道噪声。本课题是针对低频窄带的管道噪声提出研究方案。首先研究了管道声场理论,包括声波导理论和平面波干涉原理,从物理角度证明了该技术的可行性。然后基于电子学和控制论,研究了自适应有源噪声控制器的控制结构和自适应算法。自适应算法是控制技术的核心,本论文重点研究了LMS（Least Mean Square）算法,根据实际系统中各通路的影响,改进LMS,系统控制算法采用了FX-LMS （Filter-X LMS）进行仿真;研究实现了次级通路的建模技术,采用离线自适应建模,建模准则采用LMS算法。设计系统的硬件。硬件的设计包括管道的设计和基于TMS320LF2407A DSP的自适应控制器的设计。控制器完成的功能包括ADS8342通过麦克风完成对低频窄带声信号（实验中采用单频率声信号）进行采集,DSP完成信号的处理过程,主要是次级通路的建模和系统控制算法的处理,DAC7642输出DSP处理后的次级信号,经过重构滤波器后产生纯净的满足要求的次级声信号,与初级噪声在管道的下游相消干涉,实现有源消声。最后完成控制器的调试,包括A/D模块,D/A模块,JATG和串口的调试。分析FXLMS算法仿真结果和管道声学实验结果。提出对整个系统的改进方案和该技术进一步研究的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 有源噪声控制技术国内外研究历史和发展状况
• 1.3 课题的研究内容
• 第2章 管道声场和自适应有源控制的理论基础
• 2.1 管道声场理论
• 2.1.1 声场的基本特性
• 2.1.2 声波导理论及平面波截止频率
• 2.1.3 平面波干涉原理
• 2.2 管道自适应有源控制系统理论
• 2.2.1 自适应有源控制系统概述
• 2.2.2 自适应有源控制系统结构
• 2.2.3 自适应控制算法
• 2.3 本章小结
• 第3章 控制系统的硬件设计
• 3.1 系统的总体方案
• 3.2 管道的设计
• 3.2.1 管道材料的选择
• 3.2.2 初级管道和次级管道的设计
• 3.3 自适应ANC 控制器的设计
• 3.3.1 DSP 的选型
• 3.3.2 工作电压转换电路的设计
• 3.3.3 外存储器扩展的设计
• 3.3.4 模数和数模转换电路的设计
• 3.3.5 RS-232 串口和JTAG 接口的设计
• 3.3.6 低通滤波器的设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 自适应控制器的软件实现
• 4.1 编程语言和软件开发简介
• 4.2 软件调试工具
• 4.3 自适应滤波器的算法实现
• 4.3.1 系统控制算法的实现
• 4.3.2 次级通路建模
• 4.4 系统软件设计
• 4.4.1 系统主程序设计
• 4.4.2 A/D 采集子程序设计
• 4.4.3 D/A 输出子程序设计
• 4.4.4 串口通信子程序设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 管道噪声有源控制系统的实验结果
• 5.1 系统实验平台实物图
• 5.2 实验结果
• 5.2.1 软件仿真结果
• 5.2.2 硬件实验结果
• 5.3 系统的改进与展望
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录管道设计图
• 致谢