抗脉冲干扰的轴流风扇主动噪声控制系统研究

摘要

近些年来，随着人们对生活环境要求的提高，噪声问题受到越来越多的关注。传统的被动降噪方式虽然可以取到较好的噪声控制效果，但是也有应用成本高和环境适应性差等缺点。而基于自适应控制理论的主动噪声控制（ANC）系统不仅可以实时随环境优化自身系统，还能有效控制被动方式难以处理的低频噪声。但是现有的ANC研究大多是针对于具有高斯分布的稳态噪声，对脉冲噪声或类脉冲噪声的研究很少。而实际上，这些噪声由于其高能量和随机性，使得常见的ANC系统难以取得有效的控制效果。故针对上述问题，本文以普通散热轴流风扇为研究对象，拟改进传统的FxNLMS算法来提高ANC系统的抗脉冲性能。
　　针对上述说明，本文的具体工作主要包括以下几个方面：
　　1）为保证ANC系统的准确实现，完成了ANC系统的硬件平台设计。本文针对实验轴流风扇的噪声机理和噪声特性详细设计了ANC系统的硬件结构，其中包括系统控制结构、控制器硬件结构、声管道和电声系统四部分的设计。
　　2）详细研究了影响ANC系统降噪效果的两大因素(次级通道辨识和自适应算法)，并基于稳定性较好的FxNLMS算法提出了提高系统抗脉冲干扰性能的方法。文中结合自适应控制原理详细分析了FxNLMS算法和FxLMS算法的收敛特性，并通过Simulink仿真发现了抗脉冲性能不足的问题，最后针对该问题提出了添加阈值来改进FxNMS算法的方法，并通过仿真证明了其可行性。
　　3）基于DSP实现了改进的ANC系统。针对文中设计的硬件平台和ANC系统的控制结构，文中对音频模块和数据传递通道软件实现进行了详细分析，同时为了提高系统的运算速度，研究了浮点运算定标的可行性，并完成了控制算法的实现流程。
　　4）ANC系统的实验测试和结果分析。针对实现的ANC系统，文中完成了实验方案的设计、阈值选择和次级通道辨识等前期工作，实验结果表明，本文提出的方法可以有效的提高ANC系统的抗脉冲干扰噪声性能，它不仅对旋转噪声（220Hz和440Hz附近）有近10dB的降噪效果，且对于100-300Hz之间的宽带噪声也有平均5dB的控制效果，在一定程度上提高了系统的收敛速度，提高了系统的综合性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 抗脉冲干扰的ANC系统的研究现状分析

1.3 研究目标及研究内容

第2章 主动噪声控制（ANC）硬件平台设计

2.1 ANC系统的基本原理

2.2 控制结构的选择

2.3 ANC系统控制器的硬件结构设计

2.4 声管道的设计

2.5 电声系统的设计

2.6 本章小结

第3章 抗脉冲干扰ANC系统自适应控制的仿真研究

3.1 自适应控制原理

3.2 通道辨识的算法仿真

3.3 FxLMS和FxNLMS算法的性能对比

3.4 FxNLMS算法的抗脉冲干扰性能的研究与改进

3.5 本章小结

第4章 ANC系统的软件实现

4.1 控制器的软件设置

4.2 控制器音频采集的实现

4.3 数据传输的软件实现

4.4 浮点运算的改进及验证

4.5 ANC算法的程序实现

4.6 本章小结

第5章 实验与结果分析

5.1 实验设置

5.2 阈值的选择

5.3 次级通道的离线辨识

5.4 ANC系统的实验结果对比分析

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文