[发明专利]一种时频域混合自适应滤波的结构振动主动控制方法

摘要

本发明涉及一种时频域混合自适应滤波的结构振动主动控制方法，结合了时域、频域自适应滤波方法的优点，采用频域LMS算法更新主通道自适应滤波器的权值系数，即利用1/2重叠保留法和快速傅立叶变换(FFT)技术，用序列的循环卷积代替线性卷积，运算量大大减小，同时采用时域LMS算法在线实时辨识次级通道模型，提高了模型变化的跟踪速度，整体上降低了算法的计算复杂度，同时保证了对次级通道变化的跟踪速度。

主权项

一种时频域混合自适应滤波的结构振动主动控制方法，其特征在于步骤如下：步骤1：设定主通道控制滤波器的长度为250和权值系数W(n)的初始值为0，控制算法的步长因子μ为0.000002；设定次级通道滤波器的长度为64和权值系数S′(n)的初始值为0，辨识算法的步长因子μs为0.0004；步骤2：采集与外扰输入信号相关的参考信号x(n)，每次累积N个数据记为一个数据块，记第i块参考输入为x(i)＝[x(iN),x(iN+1),…,x(iN+N‑1)]T，并令与第i块输入对应的主通道控制滤波器权值系数为w(i)＝[w0(i),w1(i),…,wN‑1(i)]T，T为转置；步骤3：对每个数据块计算对应的主通道控制滤波器的输出，过程如下：利用1/2重叠保留法和快速傅立叶(FFT)技术，采用序列循环卷积计算线性卷积，以x(i‑1)和x(i)组成2N点序列，若i＝1，则在x(1)的前面添置N个零，同时在对应的主通道控制滤波器权值系数w(i)后添置N个零，组成2N点序列，对这两个2N点序列同时进行快速傅立叶变换，即则输出的时域序列相应的表示为：式中：表示点乘，即W(i)和X(i)间元素逐个相乘，去掉y′(i)中前N个值，保留剩余的N个值便是主通道控制滤波器的真实输出序列，即：y(i)＝[y′(iN),y′(iN+1),y′(iN+2),…,y′(iN+N‑1)]；步骤4：将输出信号的数据块y(i)与外加辨识信号v(n)(n＝[iN,iN+1,…,iN+N‑1])逐个求差，并将差值通过数据采集卡PXIe‑6363的D/A模块输出，经过功率放大装置加在另一片压电片上实现压电悬臂梁的振动控制；同时通过数据采集卡PXIe‑6363的A/D模块采集压电悬臂梁的振动偏差信号e(n)，累积至N个数据记为一个数据块，将第i块偏差信号记为：e(i)＝[e(iN),e(iN+1),…,e(iN+N‑1)]T，在e(i)的前面添置N个零构成2N点数据，并进行FFT变换，得到步骤5：采用时域最小均方差算法完成次级通道在线辨识，以FIR滤波器模型描述次级通道，滤波器的权值系数采用下式进行更新，每采集一次偏差信号，系数更新一次：S′(n+1)＝S′(n)+μsf(n)v(n)其中：S′(n)为第n步辨识得到的次级通道滤波器的权值系数，S′(n+1)为n+1步的权值系数，f(n)为辨识模型误差信号，由式f(n)＝e(n)‑v′(n)和v′(n)＝S′(n)*v(n)得到，其中*表示卷积运算，μs为步长因子；步骤6：将参考信号x(n)送入更新后的次级通道辨识模型S′(n+1)中，经其滤波后的信号记为x′(n)，当该信号累积至N个数据时记为一个数据块，即x′(i)＝[x′(iN),x′(iN+1),…,x′(iN+N‑1)]T；以两个连续的数据块x′(i‑1)和x′(i)组成2N点序列，若i＝1，则在x′(1)的前面添置N个零构成2N点数据，并进行FFT变换，得到步骤7：采用频域滤波最小均方差算法更新主通道控制器的权值系数，x′与偏差信号e的线性相关向量φ由下式得到：φD=IFFT(conj(X′(i))⊗E(i))]]>其中：φ为等式左边向量中的前N个数据，conj()表示复数共轭运算；在频域内更新一次主通道控制滤波器权值系数，其表达式如下：W(i+1)=W(i)+μFFT[φ0N×1];]]>步骤8：反复执行步骤2到步骤7，并将步骤7主通道控制滤波器权值系数W(i+1)带入步骤3中，用于更新权值系数W(i)，直至步骤4中偏差信号e(n)达到控制要求。