[发明专利]反馈有源噪声控制系统水床效应的改善方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及反馈有源噪声控制系统的噪声控制，主要是对降低某一频段噪声时导致另一频段噪声增大的现象，即水床效应，提出了一种改善方法。

二、背景技术

反馈有源噪声控制主要应用有交通工具的发动机降噪，车辆乘客车厢的降噪，交通噪声的降噪；工业中的空调管道，变压器，鼓风机降噪等；日常生活中的耳机，耳塞和喧闹场所的降噪等，尤其是应用在有较多噪声存在或噪声的产生是不连贯的场所。但反馈有源噪声控制的机理决定了其对噪声中各频率的降噪是不孤立的，降低某一频段噪声时会导致另一频段噪声增大，称该现象为水床效应。为了实现系统的较好降噪效果，必须要限制噪声的放大幅度。

一种水床效应改善方法是基于H_∞技术实现。O’Brien等采用H_∞技术通过两个约束参数优化设计控制器(O’Brien M and Pratt P.Active Noise Control Using Robust FeedbackTechniques[J].Proceedings(ICASSP′01)，2001 IEEE International Conference，2001，5：3209-3212.)，在噪声放大不超过2dB情况下，实现了降噪带宽为2Hz，最大降噪量为23dB的窄带降噪。Rafaely等应用H₂性能标准和H_∞约束设计了数字反馈控制器(Rafaely B.and Elliott S.J..H₂/H_∞ Active Control of Sound in a Headrest：Design and Implementation[J].IEEETransactions on Control Systems Technology，1999，7(1)：79-84.)，实现了最大降噪量约15dB，400Hz以下降噪，噪声放大不超过6dB。采用H_∞技术，其降噪性能主要受所建模型与实际系统匹配程度限制。为了确保系统满意的降噪性能，通常需要建立高阶复杂模型与实际系统匹配，并把实际需求的性能转换为模型的参数，这一般比较困难，此外如何实现控制器降阶也是该方法实现的一个难点。

另一种水床效应改善方法是采用约束优化实现。Tseng在采用关于空间和频率的声压最小化方法设计控制器时，通过增加噪声放大约束实现了系统6dB的噪声放大抑制(Tseng W.K..Active Noise Control Systems for Broad-band Disturbance[J].Japanese Journal of AppliedPhysics，2005，44(5A)：3165-3169.)。Yu等采用H₂范数最小化平均声功率设计控制器，通过增加噪声放大约束实现了系统降噪带宽为50-500Hz，降噪量15dB，在其他频段仅有3dB的噪声放大(Yu S.H.and Hu J.S..Controller Design for Active Noise Cancellation Headphones UsingExperimental Raw Data[J].IEEE/Asme Transcations on Mechatronics，2001，6(4)：483-490.)。约束优化方法的难点是较难保证有效可靠的数值求解。

三、发明内容

1、发明目的：提出一种改善反馈有源噪声控制系统水床效应的方法，这种方法可以避免系统建模和实现无约束优化设计控制器。

2、技术方案：为实现上述发明目的，本发明提出基于反馈系统开环频率特性函数的Nyquist曲线分析来改善反馈有源噪声控制系统水床效应的方法，包括以下步骤：

(1)测得改善前反馈控制系统的反馈控制器和次级通道的频率特性图，分别用H(jω)和G(jω)表示，称G(jω)H(jω)为系统开环频率特性函数。

定义