[发明专利]噪声放大可调的反馈有源控制系统自适应设计方法

说明书

本发明公开了一种反馈有源控制系统的自适应设计方法，可对水床效应导致的噪声放大现象进行有效的调节。该方法定义目标函数J(w)＝e²(n)+γw^T(n)Aw(n)，其中n是时间序号，e(n)是误差信号，γ是大于0小于1的常数，w(n)是待设计的控制器系数，A是一个实对称托普利兹正定矩阵。依据梯度下降法得到的w(n)自适应方式为：w(n+1)＝(I‑μγA)w(n)‑μe(n)x′(n)，其中I为单位矩阵，μ是大于0小于1的常数，x′(n)是滤波后的参考信号。与现有技术相比，本发明既是一种自适应方法，又能调节噪声放大现象，既可以克服离线设计方法的不足，又可以直接运用到在线的反馈有源控制系统中。

一、技术领域

本发明涉及反馈有源控制系统的自适应设计方法，该方法可对水床效应导致的噪声放大现象进行有效的调节。

二、背景技术

为了应对日益严重的噪声污染，有源控制已被公认为与传统无源控制方法相并列的一项技术。反馈有源控制系统的自适应设计方法如图1所示，其中n是时间序号，e(n)是误差信号，d(n)是初级噪声信号，x(n)是参考信号，s(n)是次级路径，是s(n)的估计值，x′(n)是x(n)经滤波后得到的滤波参考信号，w(n)是待设计的反馈有源控制系统的控制器系数，也是反馈有源控制系统设计的目标参数。

目前，设计反馈系统控制器系数的方法可分为两类，一类是离线设计方法，例如，Bai等运用H_∞的鲁棒控制理论设计反馈系统(M.Bai，D.Lee，Implementation of an activeheadset by using the H_∞ robust control theory，Journal of the AcousticalSociety of America 102(1997)2184-2190)；Rafaely等提出了H₂/H_∞的优化方法设计反馈系统(B.Rafaely，S.J.Elliott，H₂/H_∞ active control of sound in a headrest：designand implementation，IEEE Transactions on Control Systems Technology 7(1999)79-84)；Zhang等采用最小二乘的优化方法对水床效应中的噪声放大进行展平来设计反馈控制系统(L.Zhang，L.Wu，X.Qiu，An intuitive approach for feedback active noisecontroller design，Applied Acoustics 74(2013)160-168)；相关的专利主要有：专利200510033638.6采用二阶低通滤波器、放大器和全通移相器实现反馈闭环消噪。专利200710001442.8采用二阶低通滤波和放大电路实现有源降噪。专利200910238545.5采用一阶电阻电容滤波和反馈回路增益单元实现主动消噪。专利200910253182.2采用两级陷波和放大电路实现反馈消噪。上述专利中均未给出如何得到优化的控制器频率特性和所采用电路中的参数是如何设计的。离线设计方法的主要不足有：一是w(n)一旦事先设计完成就不能随着环境的变化而自适应调整。二是这类方法的主要思想是构造一个和系统降噪性能有关的代价函数与约束条件，然后根据此代价函数，通过某种优化算法计算出控制器w(n)。然而，这些设计中采用的优化算法通常都不能保证寻找到的就是最优解，此外，一般来说优化算法对初始值的选择都较为敏感，实际设计中通常需要足够的经验和多次尝试才能获得满意的控制器参数。