一种用于减振消噪的自适应主动控制方法及主动控制系统与流程

技术特征：

1.一种用于减振消噪的自适应主动控制方法，其包括如下步骤：

第一步骤(S1)中，参考传感器经由参考通道连接振源以获得参考信号，连接所述参考传感器的信号频率解析器接收所述参考信号以解析得到参考频率；

第二步骤(S2)中，连接所述信号频率解析器的可调谐波振荡器基于所述参考频率产生正交谐波信号；

第三步骤(S3)中，连接所述可调谐波振荡器的可调线性组合器基于所述正交谐波信号产生驱动信号以驱动作动器产生次级振动；

第四步骤(S4)中，振源经由初级通道发出初级信号和所述次级振动经由次级通道发出的次级信号在观测点处的物理加法器叠加以产生残余振动信号；

第五步骤(S5)中，连接可调线性组合器的第一自适应机构接收误差传感器测量所述残余振动信号和可调谐波振荡器经由次级通道模型滤波后的正交谐波信号以调整所述可调线性组合器的系数；

第六步骤(S6)中，连接所述可调谐波振荡器的第二自适应机构接收误差传感器测量所述残余振动信号和可调谐波振荡器经由次级通道滤波后的正交谐波信号以调整可调谐波振荡器的频率。

2.根据权利要求1所述的一种用于减振消噪的自适应主动控制方法，其特征在于，优选的，第一步骤(S1)中，振源发出的振动信号为x(n)，参考信号为x′(n)，其中，x′(n)＝x(n)*r(n)，(F2)，在(F2)式中：x′(n)表示参考信号，r(n)表示参考通道的脉冲响应函数。

3.根据权利要求2所述的一种用于减振消噪的自适应主动控制方法，其特征在于：第二步骤(S2)中，信号频率解析器获取多个用向量Ω_r(n)表示的参考频率，将参考频率作为可调谐波振荡器的初值以产生正交谐波信号向量，其中余弦谐波信号向量为：

$\begin{array}{c}{X}_a\left(n\right)=2{\mathrm{cos\Ω}}_r\left(n\right)\·X_a\left(n-1\right)-X_a\left(n-2\right),\\ X_a\left(0\right)=1,X_a\left(1\right)={\mathrm{cos\Ω}}_r\end{array},---\left(F3\right)$

正弦谐波信号向量为：

$\begin{array}{c}{X}_b\left(n\right)=2{\mathrm{cos\Ω}}_r\left(n\right)\·X_b(n-1)-X_b(n-2),\\ X_b\left(0\right)=1,X_b\left(1\right)={\mathrm{sin\Ω}}_r\end{array},---\left(F4\right).$

4.根据权利要求3所述的一种用于减振消噪的自适应主动控制方法，其特征在于：残余振动信号用公式(F1)表达：

e(n)＝x(n)*p(n)+y(n)*s(n)，(F1)，式中：x(n)为振源的振动信号，p(n)为初级通道的脉冲响应函数，y(n)表示作动器的输入信号，s(n)表示次级通道的脉冲响应函数，e(n)表示残余振动信号，*表示线性卷积运算；两个正交的谐波信号向量(X_a(n)、X_b(n))通过可调线性组合器产生的作动器的驱动信号为：

式中：W_a(n)和W_b(n)为可调线性组合器的组合系数向量，上标T表示转置。

5.根据权利要求4所述的一种用于减振消噪的自适应主动控制方法，其特征在于：第五步骤(S5)中，第一自适应机构用于调整可调线性组合器的系数的表达式为

式中，Γ(n)为变步长迭代系数矩阵，为次级通道模型的脉冲响应函数，e(n)为误差传感器获取的残余振动信号，其中，变步长迭代系数矩阵Γ(n)表示为：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Γ}\left(n\right)=\mathrm{\γ}\·\max \[P_s\left(n\right)\]\·diag\[P_s^{-1}\left(n\right)\]\\ P_s\left(n\right)={\left\{\left|S\[{\mathrm{j\ω}}_{ri}\left(n\right)\]\right|\right\}}^T,\left(i=1,2,\mathrm{...},Q\right)\end{array},---\left(F7\right)$

式中：γ为迭代步长控制参数，P_s(n)为和实时参考频率ω_ri(n)相关的次级通道幅频特性，其中ω_ri(n)为参考频率向量Ω_r(n)的元素，Q为参考频率向量的长度。

6.根据权利要求4所述的一种用于减振消噪的自适应主动控制方法，其特征在于：第六步骤(S6)中，第二自适应机构调整可调谐波振荡器的参考频率向量Ω_r(n)的关系表达式为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\Ω}}_r\left(n+1\right)={\mathrm{\Ω}}_r\left(n\right)+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{\Ω}}\left(n\right)\·max\[{\mathrm{sin\Ω}}_r\]\·\[Y\left(n\right)*\hat{s}\left(n\right)\]e\left(n\right)\\ Y\left(n\right)=\[W_a\left(n\right)X_a^T(n-1)+W_b\left(n\right)X_b^T(n-1)\]\end{array},---\left(F8\right)$

式中，Γ_Ω(n)为变步长迭代系数矩阵，Y(n)为对角矩阵，变步长迭代系数矩阵表示为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{\Ω}}\left(n\right)={\mathrm{\γ}}_{\mathrm{\Ω}}\·\max \[P_s\left(n\right)\]\·diag\[P_s^{-1}\left(n\right)\]\\ P_s\left(n\right)={\left\{\left|S\[{\mathrm{j\ω}}_{ri}\left(n\right)\]\right|\right\}}^T,\left(i=1,2,\mathrm{...},Q\right)\end{array},---\left(F9\right)$

其中，γ_Ω(n)是迭代控制系数。

7.根据权利要求1所述的一种用于减振消噪的自适应主动控制方法，其特征在于：第一自适应机构和第二自适应机构均采用基于次级通道特性的变步长自适应律。

8.一种实施权利要求1-7中任一项所述的用于减振消噪的自适应主动控制方法的主动控制系统，其包括物理部分(15)、换能部分(16)和控制部分(17)，其中，物理部分(15)包括振源(1)、初级通道(2)、物理加法器(3)、参考通道(4)和次级通道(5)；换能部分(16)包括参考传感器(6)、作动器(7)和误差传感器(8)，控制部分(17)包括信号频率解析器(9)、可调谐波振荡器(10)、可调线性组合器(11)、第一自适应机构(12)、第二自适应机构(13)和次级通道模型(14)，其特征在于：

参考传感器(6)经由参考通道(4)连接振源(1)，信号频率解析器(9)连接用于采样参考信号的所述参考传感器(6)以产生参考频率，可调谐波振荡器(10)连接所述信号频率解析器(9)以产生正交谐波信号，连接所述可调谐波振荡器(10)和作动器(7)的可调线性组合器(11)基于所述正交谐波信号产生驱动信号以驱动作动器(7)产生次级振动，物理加法器(3)连接初级通道(2)和次级通道(5)以产生残余振动信号，连接可调线性组合器(11)的第一自适应机构(12)接收所述误差传感器(8)测量所述残余振动信号和可调谐波振荡器(10)经由次级通道模型(14)滤波后的正交谐波信号以调整所述可调线性组合器(11)的系数；连接所述可调谐波振荡器(10)的第二自适应机构(13)接收所述误差传感器(8)测量所述残余振动信号和可调谐波振荡器(10)经由次级通道模型(14)滤波后的正交谐波信号以调整可调谐波振荡器(10)的频率。

9.根据权利要求8所述的主动控制系统，其特征在于：所述可调线性组合器、第一自适应机构(12)和/或第二自适应机构(13)包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，所述次级通道模型包括次级通道和滤波器。

10.根据权利要求8所述的主动控制系统，其特征在于：当所述主动控制系统用于主动控制悬臂壳的振动时，所述次级通道(5)为悬臂壳本体。