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基于HART总线的智能涡街流量计的研究与开发

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基于HART总线的智能涡街流量计的研究与开发

作者：喻海清中南大学

学位级别：硕士

现场总线作为过程自动化、制造自动化等领域现场智能设备之间的互连通信网络，建立了生产过程现场控制设备之间以及与更高控制管理层网络之间的联系。而HART总线技术成功的将数字信号通信迭加到现有的现场控制系统上，对改进智能仪表间... 详细信息

现场总线作为过程自动化、制造自动化等领域现场智能设备之间的互连通信网络，建立了生产过程现场控制设备之间以及与更高控制管理层网络之间的联系。而HART总线技术成功的将数字信号通信迭加到现有的现场控制系统上，对改进智能仪表间的通信提供了无风险的解决方案。因此，基于HART总线技术的智能仪表应用最为广泛。随着数字信号处理器的发展和广泛应用，其高速及对数据的强处理能力日益为人们所认识，将数字处理器运用于参数的实时检测和分析已成为一种发展趋势，它为进一步提高系统的可靠性，实现更为复杂、精确的控制智能创造了条件。本论文结合长沙矿山研究院的技改项目，研究开发了一种基于HART总线的智能涡街流量计，采用TI公司的新一代超低功耗的混合型信号处理器(MixedSignal Microcontroller)MSP430f149来对流量产生的涡街频率信号进行处理，利用f149芯片的低功耗特性以及片内丰富的外设模块，用纯硬件的方法解决了HART总线设备的低功耗这一技术难关，完全符合HART通信协议技术规范要求。传统的涡街流量计由施密特触发器产生与流量成正比的脉冲信号(也就是涡街频率信号)，再通过计数器累计得到流量值;但是触发的门限电压在抑制门限电压以下的干扰的同时也限制了仪表的量程下限。本文中设计的智能涡街流量计采用硬件和软件相结合的方案来扩大仪表量程下限。由涡街产生的原理可知，涡街信号频率与流速成正比，强度与流速的平方成正比。而同一个信号在不同的时期强度相差悬殊。本论文提出在前置的信号调理电路中加入跨导放大器，通过由数字信号处理器产生的PWM信号反馈调节跨导放大器的偏置电流来实现信号调理，力求在到达MD转换模块时都有大致相同的幅值，以便充分的利用MD的字长并减小量化误差。然后，通过自适应陷波滤波算法实时地跟踪涡街信号频率的变化。自适应陷波滤波算法是一种基于预测误差的自适应递归算法，这种陷波滤波器能抑制一个特定频率的窄带信号(陷波频率也就是涡街信号频率)，并且几乎不受带宽以外频率的影响。从而保证对信号频率的精确估计。由仿真分析可知智能涡街流量计的抗干扰能力强，不但提高了测量精度，而且扩大量程比，适用于气体、蒸汽和低粘度液体等多种介质，具有较高的性价比。

关键词： HART 总线技术跨导放大器自适应陷波滤波算法 MSP 涡街流量计

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重型商用车驾驶室内声品质主动控制技术研究

重型商用车驾驶室内声品质主动控制技术研究

作者：井晓瑞吉林大学

学位级别：硕士

以往国产商用车在设计阶段对声品质问题考虑较少,从而导致驾驶室内噪声高、声学舒适性差,近年来随着对商用车需求量的不断增加、汽车噪声法规的日趋完善,消费者对汽车声品质的要求也越来越高,特别是对于工作时间较长的驾驶员,如果他们... 详细信息

以往国产商用车在设计阶段对声品质问题考虑较少,从而导致驾驶室内噪声高、声学舒适性差,近年来随着对商用车需求量的不断增加、汽车噪声法规的日趋完善,消费者对汽车声品质的要求也越来越高,特别是对于工作时间较长的驾驶员,如果他们长期处于烦躁度较高的环境中就会很容易产生疲劳,甚至发生交通事故。目前声学设计主要在旧车型基础上进行,且重点放在降低声压级上,传统的被动降噪在中、高频噪声控制效果显著,且方法简单、稳定,但其易引起质量过重、成本增加等问题,关键其对200Hz以下的低频噪声没有起到很好的控制作用,特别是由发动机引起的低频周期阶次噪声,并且一般声压级的降低并不能改善驾驶员对车内噪音的烦躁度,而主动控制技术可以很好的解决这个问题。本文从声品质的定义入手,阐述了人耳结构对声品质的影响,采集了6辆商用车驾驶室内声音样本,并进行了主、客观评价试验;在分析了各个客观参量与主观值相关性的基础上,建立了商用车驾驶室内声品质SAGA-BP主观评价模型,该模型精度高、速度快,在权重分析中,指出了对声品质影响较大的客观参量为响度、A声级,由此确定了要改善的客观参量指标,通过对70km/h工况样本频谱分析知,这两个客观参数值在低频段数值较大,从而为主动控制系统控制低频段改善声品质提供依据。其次,分析影响响度、A声级值的主要频率是发动机引起的低频阶次频率,进而确定了自适应陷波滤波算法为控制算法,学习了主动控制单、双通道算法,基于驾驶室内噪声峰值频率和发动机转速强相关性的特点,确定了读取发动机转速人工计算合成参考信号的方法,在Matlab仿真中搭建了次级通路辨识、1-2-2的前馈双通道多频模型,确定了采样频率、算法的关键参数,通过仿真验证了模型的可行性。最后,以怠速、匀速工况下副驾驶员左耳处和后排卧铺头部位置两个通道的实车信号作为模型的原始期望信号,人为加入次级传递函数,并在参考信号中给予补偿,用建立的SAGA-BP声品质主观评价模型对仿真控制后的声音信号进行了主观评价,结果表明:用怠速、匀速试验信号仿真时,两个通道峰值处频率分别有7.0-10.7dB、3.4-6.6dB的降噪量,两个通道处响度值最大有2.7sone的下降,最小有2.1sone的下降,A声级最大有2.5 dB(A)的下降,最小有2 dB(A)下降,两个通道处主观评价烦躁度等级最大提升1.6个等级,主观评价烦躁度等级最小提升1.4个等级。

关键词：重型商用车车内声品质主客观评价主动控制自适应陷波滤波算法

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车内多通道噪声主动控制技术研究

车内多通道噪声主动控制技术研究

作者：胥国文吉林大学

学位级别：硕士

汽车噪声容易引起驾乘人员烦躁疲累,影响乘坐舒适性。随着消费水平的提高和汽车品质的提升,消费者对乘坐舒适性产生了更高的期盼,同时新法规的起草和立项也对汽车噪声控制提出了更严格的要求,追求卓越的NVH性能已成为国内汽车行业的共... 详细信息

汽车噪声容易引起驾乘人员烦躁疲累,影响乘坐舒适性。随着消费水平的提高和汽车品质的提升,消费者对乘坐舒适性产生了更高的期盼,同时新法规的起草和立项也对汽车噪声控制提出了更严格的要求,追求卓越的NVH性能已成为国内汽车行业的共识。采用传统的吸隔声等降噪手段难以对车内低频噪声进行有效的抑制,近年来备受瞩目的噪声主动控制技术在汽车上的应用有望打破这一困境。但国内目前在该领域所做的研究还多局限于单通道噪声的主动控制,不能同时满足车内驾驶员及多个乘员位的降噪需求。因此,若要将该技术应用于实车就需要先解决车内多个目标点的主动降噪问题。本文分析了汽车车内与发动机有关的噪声产生的原因并完成了相关算法的推导,结合多通道噪声主动控制技术的研究现状和本课题组已有的研究经验,提出了一套根据发动机转速合成滤波器参考信号,用于消除车内发动机阶次噪声的多通道噪声主动控制方案,并以DSP为主控芯片完成控制系统的软硬件设计,最后使用控制器样机进行了室内试验和实车试验,验证了此多通道控制系统的主动降噪效果。现将本文所做的研究总结如下:首先,确定了车内多通道噪声主动控制系统的控制方案,通过比较各类算法确定采用基于随机梯度的LMS算法及多通道Fx LMS算法分别完成多通道控制系统的次级通道辨识和主动降噪。其次,分析了车内与发动机有关的噪声产生的原因,根据其与发动机转速的对应关系得出了提取阶次噪声频率的方法。为了实现对多通道多频点噪声的有效控制,本文利用多个并联的陷波器组构造出多通道多频点陷波器,同时推导出相应的多通道多频点自适应陷波算法。接着运用Matlab/Simulink通过建模与仿真完成了多通道系统的次级通道辨识与多频点噪声的主动控制,取得了良好的噪声抵消效果,验证了多通道多频点自适应陷波算法的有效性和可行性。然后,使用DSP芯片作为主控单元,在完成各功能模块设计和电声器件选取的基础上设计出PCB电路板,开发出控制器样机。软件部分使用CCS开发环境,完成了控制系统软件代码的编译和调试。最后,使用烧录好程序的控制器样机完成了不同的扬声器与麦克风布放方案下多通道控制系统的室内台架噪声抵消试验,通过比较不同布放方案下的试验结果选出最优的布放方案并完成了车内多通道噪声主动控制系统的搭建。最后使用搭建好的系统进行了实车试验,在选定的两组稳态工况下,控制器两路通道在二阶、四阶和六阶峰值频率处的降噪量可达到6.7 dB(A)5.6 dB(A),同时车内噪声的总声压级减小了4.3 dB(A).8 dB(A);加速工况下,发动机前三阶噪声明显降低,在整个加速过程中主副驾驶位耳旁噪声也取得了良好的控制效果。

关键词：汽车车内噪声噪声主动控制多通道自适应陷波滤波算法

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车内噪声主动控制系统稳定性研究

车内噪声主动控制系统稳定性研究

作者：王浩吉林大学

学位级别：硕士

汽车噪声容易让驾驶员和乘客精神烦闷,更容易觉得疲劳,会给乘客的精神和身体健康带来很多隐患,影响舒适性。随着国民经济和汽车工业的发展,用户对汽车性能的关注逐渐从燃油经济性和动力性等向乘坐舒适性转变。同时,汽车行业对汽车NVH性... 详细信息

汽车噪声容易让驾驶员和乘客精神烦闷,更容易觉得疲劳,会给乘客的精神和身体健康带来很多隐患,影响舒适性。随着国民经济和汽车工业的发展,用户对汽车性能的关注逐渐从燃油经济性和动力性等向乘坐舒适性转变。同时,汽车行业对汽车NVH性能的追求也逐渐变高。传统的无源降噪对车内低频噪声的降噪效果有限,而噪声主动控制技术则对中低频噪声的控制效果较好。但是有许多噪声主动控制系统的关键核心技术尚未得到破解,如初级声场的实时精确识别,非稳态声场主动控制系统的收敛性,以及控制系统的稳定性等。本文重点研究噪声主动控制系统的稳定性控制问题。本文首先分析与推导了自适应滤波原理和自适应陷波滤波算法,提出了变步长算法用以提高噪声主动控制系统的收敛速度,对变步长算法各参数的不同取值进行仿真分析,优选了控制效果最好的变步长的参数,并提出了保持汽车开关窗时系统稳定性的方案。然后分析了汽车车内的噪声产生的原因,推导了车内低频噪声主要峰值频率与发动机转速之间的关系。在Simulink环境中,建立了使用时延估计法离线辨识次级通路的模型,该方法简化了次级通路的复杂度。并分别用定步长和变步长的自适应陷波滤波算法对单个频率和三个频率的噪声进行了噪声主动控制仿真分析,仿真结果表明,对于幅值为4.2Pa的单频率噪声源,变步长和定步长算法控制后幅值分别为0.3Pa和0.5Pa,对于幅值为7Pa的三个频率的噪声源,变步长和顶定步长算法控制后幅值分别为0.6Pa和1.0Pa,变步长算法比定步长算法最终的控制效果略好,且收敛速度快一倍。接着,开发了噪声主动控制系统的软硬件,并选取了适用于噪声主动控制系统的次级扬声器、功率放大器、误差传声器等声学器件,软件模块包括次级通路辨识程序和噪声主动控制程序。然后在室内搭建了硬件在环自适应噪声主动控制系统,分别用定步长和变步长算法对模拟的汽车匀速和加速工况车内噪声进行主动控制。试验结果表明,变步长算法比定步长算法抵消后的色谱图对应的二阶噪声更暗,即对汽车加速行驶时的噪声跟踪控制效果更好,在模拟汽车匀速行驶时变步长算法比定步长算法控制系统的收敛速度快一倍,但变步长和定步长算法两者控制效果相差不大,峰值频率降噪量均为30dB左右,均可用于不同需求的实车控制。在实车上构建车内低频噪声自适应主动控制系统,并对该系统的控制效果和稳定性进行试验验证,试验结果表明汽车发动机加速工况下系统能够正常工作,对发动机阶次噪声有良好的抵消效果。在同一匀速工况下变步长算法比定步长算法的收敛速度快一倍,对选取的发动机二阶噪声频率为48.5Hz工况,变步长和定步长算法的峰值降噪量分别为17.47dB和9.65dB,对于选取的二阶频率为80Hz和96Hz工况,变步长和定步长算法峰值频率降噪量均在28dB左右,最终抵消效果相差不大。在汽车车窗不同开闭情况下通过车窗开闭状态情况选择最合适的次级通路,变步长算法都能收敛并有良好的降噪效果,峰值频率降噪量均在25dB左右,经过约0.2s收敛并稳定工作。最后,对全文进行总结,给出研究结论,阐明了进一步深入研究的建议。

关键词：车内噪声自适应陷波滤波算法噪声主动控制稳定性控制变步长算法开关窗

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基于陷波法的车内噪声主动控制系统研究

基于陷波法的车内噪声主动控制系统研究

作者：孙吉东吉林大学

学位级别：硕士

随着汽车工业的迅猛发展,汽车在给人们带来便利的同时,也带来了诸如尾气排放、噪声污染等问题。目前,各国都出台了相关的标准、法规对汽车的车外噪声进行限制来减轻其对环境的污染,但对于车内噪声还没有相应的标准和限值规定。车内噪声... 详细信息

随着汽车工业的迅猛发展,汽车在给人们带来便利的同时,也带来了诸如尾气排放、噪声污染等问题。目前,各国都出台了相关的标准、法规对汽车的车外噪声进行限制来减轻其对环境的污染,但对于车内噪声还没有相应的标准和限值规定。车内噪声不仅是影响汽车乘坐舒适性的重要因素,而且它也在一定程度上影响着乘员的主观感受,进而对人们的购车取向产生影响。目前对于车内噪声的控制多采用传统的吸声、隔声、减振等被动噪声控制方法,该方法对于车内中、高频噪声的控制效果非常显著,但对于低频噪声控制效果不佳,而噪声主动控制技术可以很好的弥补这一不足,其低频控制效果好,具有选择性和归一性、对汽车自身的结构和工作性能不会产生负面影响等优点,因此,噪声主动控制技术已成为目前噪声控制领域研究的热点。本文对车内噪声主动控制方法进行了深入研究,基于汽车发动机振动和燃烧噪声具有周期性并与车内噪声具有强相关性的特点,提出采用自适应陷波滤波算法作为自适应控制算法进行车内噪声主动控制,设计开发了车内噪声自适应主动控制器原理样机,构建了车内噪声主动控制系统,在某自主品牌轿车上进行了实车试验验证。论文主要完成了以下研究工作:对自适应滤波器和自适应滤波算法进行了研究和推导,在研究了车内噪声各主要峰值处频率与发动机的燃烧基频及其各阶谐量之间关系的基础上,提出采用人工合成次级声源参考信号的自适应陷波滤波算法进行车内噪声主动控制,该算法大大简化了噪声主动控制领域广泛采用的LMS算法的结构,提高了算法的稳定性及其收敛速度。提出了针对消减车内噪声频谱中与发动机激励相关的噪声峰值的主动控制方法,包括基于LMS算法的次级通路扫频辨识及自适应陷波滤波算法,完成了算法的推导,在Simulink仿真环境下搭建了噪声主动控制系统模型,通过仿真分析验证了该方法的可行性,并完成了LMS算法基本参数的选择。在仿真分析结果的基础上,基于数字信号处理器(DSP)设计开发了车内噪声自适应主动控制器,并完成了系统其他硬件的选取,以自适应陷波滤波算法为核心设计了相应的控制软件程序,在某自主品牌轿车上,构建了单通道的车内噪声自适应主动控制系统,并完成了系统的调校。利用所构建的单通道车内噪声自适应主动控制系统,进行了变速器空挡、发动机不同转速下的车内低频峰值噪声自适应主动控制试验。结果表明,本文所开发的车内噪声主动控制系统在发动机各稳态工况下都能取得良好的抵消降噪效果,在发动机不同转速下,在驾驶员头部区域可以取得9.4d B(Lin)5.1d B(Lin)的峰值降噪量。

关键词：轿车车内噪声噪声主动控制次级通路辨识自适应陷波滤波算法

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柴油机排气噪声有源消声系统的设计与实现

柴油机 2021年第2期43卷 46-50页

作者：杨绪辉童宗鹏李小虎彭安胡宾七一一研究所上海201108 船舶与海洋工程动力系统国家工程实验室上海201108

为解决柴油机排气低频噪声问题,基于噪声有源消声技术理论,选用与排气噪声相关的转速信号作为数字信号处理控制器的参考信号,以自适应陷波滤波算法为基础,采用次级通路离线自适应建模方式,设计了单通道有源噪声前馈控制系统,并在Matlab... 详细信息

为解决柴油机排气低频噪声问题,基于噪声有源消声技术理论,选用与排气噪声相关的转速信号作为数字信号处理控制器的参考信号,以自适应陷波滤波算法为基础,采用次级通路离线自适应建模方式,设计了单通道有源噪声前馈控制系统,并在Matlab平台上进行仿真分析,最终选取迭代步长μ为0.003。在某柴油机排气管路上进行了排气噪声有源消声试验,120 Hz时降噪量达到了13 dB(A);系统收敛速度快且具有良好的稳定性。

关键词：排气噪声有源消声自适应陷波滤波算法次级通路前馈控制