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一种低复杂度快速收敛的窄带主动噪声控制系统

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仪器仪表学报 2023年第1期44卷 85-92页

作者：祝文昭罗磊张夏燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室秦皇岛066004 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044

传统窄带主动噪声控制(ANC)系统的计算负荷与窄带噪声频带数量正相关,而且其收敛速度和降噪效果存在此消彼长的关系。为解决以上问题,首先基于滤波误差技术简化窄带ANC模型,使系统计算量与窄带噪声频带数量相互独立。然后通过自适应混... 详细信息

传统窄带主动噪声控制(ANC)系统的计算负荷与窄带噪声频带数量正相关,而且其收敛速度和降噪效果存在此消彼长的关系。为解决以上问题,首先基于滤波误差技术简化窄带ANC模型,使系统计算量与窄带噪声频带数量相互独立。然后通过自适应混合参数将两个简化的窄带ANC系统进行并行凸组合,其中一个系统拥有最快的收敛速度,另一个系统拥有较低的稳态误差。提出的系统不仅降低了传统窄带ANC系统的计算复杂度,而且在不牺牲降噪性能的情况下提升了系统收敛速度。实验结果表明,提出系统在不牺牲稳态误差的基础上,收敛时间缩短了78%,有效提升了系统收敛性能。

关键词：主动噪声控制时变多频低复杂度收敛特性稳态误差

主动冲击噪声控制自适应算法综述及综合性能分析

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机械工程学报 2022年第13期58卷 101-118页

作者：卢炽华孙孟雷刘志恩陈弯李晓龙武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心武汉430070 佛山仙湖实验室佛山528200

冲击噪声的存在导致采用基于最小均方误差准则自适应算法的主动噪声控制(ANC)系统性能严重退化。为了维持ANC系统的稳定性,诸多应对冲击噪声干扰的鲁棒自适应算法被提出。总结现有抗冲击噪声干扰自适应算法,按照其所依据的准则将其分为... 详细信息

冲击噪声的存在导致采用基于最小均方误差准则自适应算法的主动噪声控制(ANC)系统性能严重退化。为了维持ANC系统的稳定性,诸多应对冲击噪声干扰的鲁棒自适应算法被提出。总结现有抗冲击噪声干扰自适应算法,按照其所依据的准则将其分为四类,分别是:分数低阶矩算法、非线性变换算法、信息论学习算法以及其他算法。回顾各类算法的发展历程,总结每种类型算法的理论背景,并通过仿真分析十二种典型自适应算法在主动控制不同强度冲击噪声时的收敛速度、稳态误差、稳定性,以及在实际应用中面临的问题。

关键词：冲击噪声主动噪声控制自适应算法

基于状态方程的Fx-RLS主动噪声控制方法

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计量学报 2023年第11期44卷 1713-1718页

作者：褚轶景赵越喆牛锋陈明阳华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510641 中国计量科学研究院北京100029

研究了滤波算法中次级通路测量及建模误差对系统稳定性的影响,提出一种改进的滤波递归最小二乘算法。该算法采用随机游动模型为控制器状态方程提供先验信息,用以提高系统的鲁棒性。为了分析算法性能,利用Abelian积分和Price’s定理,得... 详细信息

研究了滤波算法中次级通路测量及建模误差对系统稳定性的影响,提出一种改进的滤波递归最小二乘算法。该算法采用随机游动模型为控制器状态方程提供先验信息,用以提高系统的鲁棒性。为了分析算法性能,利用Abelian积分和Price’s定理,得到算法在高斯输入条件下的均值差分方程,并由此得到算法均值收敛条件,为算法设计提供理论指导。数值模拟发现,基于状态方程的FxRLS(S-FxRLS)算法收敛速度比传统滤波最小均方算法提高了约60%;稳定性方面,当采用正则化技术的鲁棒方法开始发散时,改进算法仍可收敛。最后实验测量证明,提出算法的单频降噪量可达30 dB。

关键词：计量学主动噪声控制滤波最小均方算法递归最小二乘

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组合步长的改进仿射投影主动噪声控制算法

噪声与振动控制 2023年第2期43卷 64-69,91页

作者：彭诺蒙李晨余凌浩南京师范大学计算机与电子信息学院/人工智能学院南京210023

为了改善在主动噪声控制(Active Noise Control,ANC)中由不平稳脉冲噪声引起的经典仿射投影算法稳态误差高的缺陷,利用鲁棒类M估计器代价函数对误差信号的饱和特性,将其与权重向量的L2范数约束相结合,提出类M估计器函数仿射投影算法。... 详细信息

为了改善在主动噪声控制(Active Noise Control,ANC)中由不平稳脉冲噪声引起的经典仿射投影算法稳态误差高的缺陷,利用鲁棒类M估计器代价函数对误差信号的饱和特性,将其与权重向量的L2范数约束相结合,提出类M估计器函数仿射投影算法。该算法的收敛精度相较于经典符号仿射投影算法提升3.2 dB。为了进一步提升收敛速度,将组合步长技术引入上述算法来自适应调节权重约束中的步长参数,调节收敛速度与稳态误差之间的矛盾。仿真结果表明,最终提出的算法突破固定步长的限制,可实现更快的收敛速率和更低的稳态误差,相较于已有仿射投影算法,在收敛速度方面提升2倍,在收敛精度方面提高10 dB。该算法可为之后仿射投影算法的研究提供理论指导和实验依据。

关键词：声学仿射投影算法类M估计器函数主动噪声控制脉冲噪声组合步长

面向涡桨飞机座舱的多通道主动噪声控制算法改进

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航空工程进展 2024年

作者：沈昊薛青陈亭宇李嘉璐沈星南京航空航天大学航空学院中国飞机强度研究所航空声学研究室

目前主动噪声控制（ANC）领域应用最广的控制算法是经典的FxLMS算法及其改进算法，该类算法在应用于涡桨飞机座舱这类大空间、大范围的噪声控制时，算法的计算量会随着ANC系统通道数的增加而迅速膨胀，算法的实时性难以得到满足。连续... 详细信息

目前主动噪声控制（ANC）领域应用最广的控制算法是经典的FxLMS算法及其改进算法，该类算法在应用于涡桨飞机座舱这类大空间、大范围的噪声控制时，算法的计算量会随着ANC系统通道数的增加而迅速膨胀，算法的实时性难以得到满足。连续局部迭代FxLMS(SPU-FxLMS)算法有效解决了这一问题，但其收敛性能弱于FxLMS算法，本文针对SPU-FxLMS算法收敛慢的问题进行改进，使得该算法在运行初期能够以较快的速度收敛，在收敛至平稳状态后以低计算量持续运行，并对改进算法进行理论推导和仿真分析。结果表明：该算法在进一步降低计算量的同时，还具有良好的降噪性能和鲁棒性，工程应用前景良好。

关键词：主动噪声控制多通道系统滤波-x最小均方算法自适应滤波

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主动噪声控制系统次级通道在线建模的方法

计算机仿真 2019年第2期36卷 237-240,341页

作者：张欢马令坤杨帆陕西科技大学电气与信息工程学院陕西西安710021

在主动噪声控制系统中,次级通道建模的准确与否严重地影响着控制系统的抵消性能。提出了一种基于广义S形变步长归一化最小均方算法次级通道在线建模方法,通过在步长参数和误差信号之间建立广义S形函数,得到变步长参数,并引入辅助噪声功... 详细信息

在主动噪声控制系统中,次级通道建模的准确与否严重地影响着控制系统的抵消性能。提出了一种基于广义S形变步长归一化最小均方算法次级通道在线建模方法,通过在步长参数和误差信号之间建立广义S形函数,得到变步长参数,并引入辅助噪声功率调整策略。在保证系统稳定的情况下,提高了系统的收敛速度,消除了辅助噪声对残余噪声的影响。实验结果表明,上述方法有效地提高了收敛速度,减少了稳态误差,取得了良好的降噪性能。

关键词：主动噪声控制次级通道在线建模辅助噪声功率调整

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基于自适应滤波的主动噪声控制技术

基于自适应滤波的主动噪声控制技术

作者：汪锡超烟台大学

学位级别：硕士

随着社会工业化程度的加快,噪声污染问题日益严重,噪声控制技术已成为国内外学术界研究的热门问题之一。主动噪声控制(Active Noise Control,ANC)技术通过自适应滤波器生成与噪声相反的信号,采用“以声消声”的方式来对背景噪声进行抑制... 详细信息

随着社会工业化程度的加快,噪声污染问题日益严重,噪声控制技术已成为国内外学术界研究的热门问题之一。主动噪声控制(Active Noise Control,ANC)技术通过自适应滤波器生成与噪声相反的信号,采用“以声消声”的方式来对背景噪声进行抑制,在多种环境下具有良好的噪声消除效果,是目前噪声控制领域主要的研究方向。本文基于ANC模型,围绕其所用的自适应滤波算法进行了研究,采用双系统组合方案提出了相应的改进算法,有效避免了传统算法存在的问题和不足,主要内容如下:首先,论文介绍了噪声控制技术的研究背景和现状,重点围绕ANC技术阐述了其设计原理、分类、所涉及的核心算法和性能评价标准等。然后,针对传统ANC技术存在的收敛速度和降噪效果无法有效折衷问题,将滤波x仿射投影(Filtered-x Affine Projection,Fx AP)与归一化滤波x最小均方(Filtered-x Normalized Least Mean Square,Fx NLMS)算法进行组合,提出了三个方面的改进策略,获得了较好的噪声控制效果,主要包括:1、将Fx AP与Fx NLMS算法进行凸组合,采用梯度下降法和Sigmoid函数设计了其组合因子的自适应迭代规则,从而有效结合了Fx AP算法快速收敛和Fx NLMS算法降噪效果优良的特点;2、构造了新的双系统自适应组合模型,并分别利用最小化稳态均方误差算法和梯度下降法推导出了两种组合因子迭代算法,在获得Fx AP和Fx NLMS算法组合优势的基础上,进一步减少了运行量。实验测试结果表明,以上改进措施能够有效提升ANC系统的整体的噪声控制性能。最后,对全文进行了总结和展望。

关键词：主动噪声控制自适应滤波算法凸组合自适应组合

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颠簸路面的车内局部主动噪声控制研究

颠簸路面的车内局部主动噪声控制研究

作者：蒋涛青岛理工大学

学位级别：硕士

汽车噪声、振动和声振粗糙度(noise,vibration and harshness,NVH)是衡量汽车性能的一个关键指标,车内噪音的大小对乘坐舒适性有极大的影响。传统的吸声、隔声方法对中高频噪声有很好的抑制作用。与传统的吸、隔声方法相比,主动噪声控制... 详细信息

汽车噪声、振动和声振粗糙度(noise,vibration and harshness,NVH)是衡量汽车性能的一个关键指标,车内噪音的大小对乘坐舒适性有极大的影响。传统的吸声、隔声方法对中高频噪声有很好的抑制作用。与传统的吸、隔声方法相比,主动噪声控制(Active Noise Control,ANC)在解决车内低频噪声的问题上具有显著优势。本文根据主动噪声控制原理,对车内主动噪声控制进行研究。本文首先对主动噪声控制原理进行了研究,根据前馈主动噪声控制模型稳定性好的性质,选择前馈主动噪声控制结构,推导自适应滤波算法,并对Fx LMS算法做了稳定性分析。然而,经典的Fx LMS算法在面对颠簸路面的车内噪声时,由于其固定步长参数,难以适应颠簸路面噪声来保证稳定的降噪效果。因此,本文提出了一种自适应步长的滤波-x最小均方算法(ASSFx LMS),其可以根据参考信号的大小调节步长,保证自适应过程的稳定性。为提高算法的性能,还采用粒子群优化算法自动调节步长参数,使自适应算法的步长始终保持较为理想的大小。为验证所提出的算法的性能,使用模拟的标准SαS分布的脉冲噪声作为参考信号进行MATLAB仿真,仿真结果显示,相比较其他算法,所提出的算法在不同程度的脉冲噪声条件下,降噪稳定性和降噪幅度均有所提高。为进一步验证所提出的AASFx LMS算法在实际应用中的表现,通过实车采集的道路噪声数据,进行硬件在环试验,在不同的工况下的道路噪声情况下,提出的算法对100Hz以下的低频噪声最高具有12d B的降噪效果。由于主动噪声控制的声压降低点主要在误差麦克风处,而在车内主动噪声控制系统中,误差麦克风无法放置在人耳处,导致人耳处的降噪性能大幅下降。因此,本文采用虚拟传感方法以提高人耳处的降噪效果。为探究辅助滤波器(Auxiliary Filter,AF)方法与远程麦克风(Remote microphone,RM)方法在训练阶段与控制阶段参考信号频带不一致时的稳定性,采用Simulink对两种方法分别对不同频带的噪声进行仿真,结果显示RM方法在不同频带的参考信号下稳定性更好。为进一步验证RM方法的性能,在实验室内,采用不同频带的噪声信号,对RM方法的主动噪声控制方法与不采用虚拟传感的主动噪声控制方法进行了ANC实验。结果显示,RM方法在与直接将误差麦克风放置在目标静音区的主动噪声控制方法的性能相差不大,相比较只放置一个误差麦克风在物理位置的主动噪声控制方法而言,使用RM方法对降噪性能提升较大。因此,对于在车辆内部局部主动噪声控制的研究,采用RM方法是可行的。在前面工作得以开展的前提下,本次研究在汽车内部,布置了主动噪声控制试验平台,在车辆颠簸路面上进行ANC试验。首先,在车辆静止时,进行了次级通道辨识,通过次级扬声器播放白噪声的方式对虚拟次级通道与物理次级通道进行离线辨识。然后将车辆以30km/h的速度在颠簸路面匀速行驶,进行观测滤波器的训练。在次级通道辨识与训练阶段均完成之后,在同样的道路上,在不同车速的情况下,分别测量了打开和关闭ANC系统时虚拟误差麦克风处的误差信号。实验结果表明,在四种不同匀速工况下,所提出的局部主动噪声控制系统对颠簸的路面噪声均有良好的抑制效果。

关键词：车内噪声主动噪声控制颠簸路面自适应步长虚拟传感

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基于离线和在线建模新算法的主动噪声控制

计算机仿真 2022年第10期39卷 373-378页

作者：孙国法王刚都晖青岛理工大学信息与控制工程学院山东青岛266520

针对前馈有源噪声主动控制系统中附加白噪声对降噪效果的影响,提出一种基于改进滤波型最小均方(Modified Filtered-X Least Mean Square, MFxLMS)算法的离线-在线变步长FxLMS算法。避免了引入附加噪声,同时采用预先离线建模和基于能量... 详细信息

针对前馈有源噪声主动控制系统中附加白噪声对降噪效果的影响,提出一种基于改进滤波型最小均方(Modified Filtered-X Least Mean Square, MFxLMS)算法的离线-在线变步长FxLMS算法。避免了引入附加噪声,同时采用预先离线建模和基于能量比的变步长建模方案能够有效应对次级通道时变的情况,削弱了建模误差和降噪误差之间的相互影响,有效提高了ANC系统的降噪性能。仿真结果表明:针对不同的低频噪声信号,误差能够更快的收敛到比传统算法更小的误差范围,整体上实现了优于传统算法的降噪效果。

关键词：主动噪声控制次级通道在线建模变步长