本发明专利技术提出一种直升机舱室全局有源噪声控制的误差传感器布放优化方法，该方法基于量子粒子群优化算法，对误差传感器的位置进行编码，并将一条编码串作为一个粒子，进行迭代计算，每次迭代中计算每个粒子的适应度值，并对粒子进行元素值更新。该方法具有记忆性，每个粒子在算法结束时仍然保持其个体历史极值，针对直升机舱室中误差传感器安装有约束的情况，可以给出多种有意义的选择方案。而且可以在多个误差传感器工作面内搜索位置，在直升机舱室中选择出更优的误差传感器布放。另外可以同时考虑多个频率，可以获得多个谐波频率下的误差传感器鲁棒布放，即该误差传感器布放在这些频率下都有很好的降噪效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及噪声控制
，具体为一种直升机舱室全局有源噪声控制的误差传感器布放优化方法，针对舱室内多谐波噪声场及误差传感器有安装约束情形下，通过对有源噪声控制系统中误差传感器布放的优化，使得整个直升机舱室的声势能最小。
技术介绍
由于自适应有源噪声控制的目标函数来源于有限个误差传感器拾取的声场信息，所以在控制系统可设计的因素中，误差传感器布放是决定系统降噪效果的关键性物理因素。局部有源噪声控制的目标函数是误差传感器处的声压，显然误差传感器个数越多，控制效果越好。但是在直升机舱室中增加误差传感器个数不仅会增加成本，还会增加系统的布线工程量和难度。因而实际中误差传感器个数有限，一般布放在需要控制的局部位置上，比如在螺旋桨飞机的有源噪声控制系统中放置在乘客头靠两侧。然而，误差传感器在声场中的位置对有源降噪效果有影响，比如理论上误差传感器不能放在声模态节线上。在工程实践中也发现，当误差传感器布放在直升机舱室内的某些位置时，该处声压并没有降低，有时反而会升高。因此，需要选择合适的误差传感器布放位置。另外，误差传感器所在位置声压的降低并不能保证整个直升机舱室的声势能降低，而乘员在直升机中处于活动状态，所以有必要通过优化直升机舱室内误差传感器的布放，使得整个舱室的声势能最小。目前，工程中大都直接将误差传感器布放在靠近人耳的可安装位置，很少单独对误差传感器的布放进行优化，多与次级声源布放进行同步优化，优化方法大都采用遗传算法(geneticalgorithm,GA)，目标函数是误差传感器位置的声压平方和。然而，实际中误差传感器的安装具有空间约束，例如舱门、玻璃窗、地板，甚至座椅头靠等位置无法安装误差传感器。另外，直升机舱室噪声频谱的主要成分近似低频线谱，一般能量集中在前4阶谐波。对于直升机舱室复杂的声场环境，直接布放误差传感器往往难以获得稳健的全局降噪效果，需要利用优化算法来优化误差传感器的布放位置。常用的GA算法较繁琐，需要选择、交叉、变异等复杂操作，一般要借助工具箱编程实现；并且参数很多，需要根据具体应用优化参数，使用很不方便。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种直升机舱室全局有源噪声控制的误差传感器布放优化方法。一方面，布放优化方法基于量子粒子群优化(quantum-behavedparticleswarmoptimization,QPSO)算法，考虑误差传感器的安装约束，在多个误差传感器工作面内搜索位置，在直升机舱室中选择出更优的误差传感器布放。QPSO算法不仅全局搜索性能好，而且算法原理简单，控制参数唯一，能够方便地结合具体问题应用。QPSO算法还具有记忆性，每个粒子在算法结束时仍然保持其个体历史极值，针对直升机舱室中误差传感器安装有约束的情况，可以给出多种有意义的选择方案。另一方面，本专利技术针对直升机舱室的全局有源噪声控制，目标函数是整个舱室(也可以是关注的区域，如乘员头部活动区域)的声势能。本专利技术提出的方法同时考虑多个频率，可以获得4个谐波频率下的误差传感器鲁棒布放(即该误差传感器布放在这4个频率下都有很好的全局降噪效果)。本专利技术的技术方案为：所述一种直升机舱室全局有源噪声控制的误差传感器布放优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立需要进行噪声控制的直升机舱室模型，并固定次级声源的位置；步骤2：考虑误差传感器的空间安装约束条件，在直升机舱室中选择N个可以布放误差传感器的工作面An，n＝1,2,…,N；根据控制器能力确定误差传感器个数M，并根据实际选择工作面的大小，将M个误差传感器分配于N个工作面上，工作面An上安装误差传感器个数为Mn，步骤3：选择控制目标区域为整个直升机舱室，根据公式计算降噪量AL，其中表示控制后总声场，表示初级声场，ω为角频率，ω＝2πfj，fj为第j个待控制的频率，j＝1～J，J为待控制的频率个数；构建适应度值函数为：其中ALj为对应待控制频率fj的降噪量，alj为对应频率fj的期望降噪量；步骤4：根据以下步骤对直升机舱室的误差传感器布放进行优化：步骤4.1：对M个误差传感器的位置进行编码，并将一条编码串x作为一个粒子；粒子中的元素表示某个误差传感器位置的一个坐标：x＝[r1r2…rM]T＝[x1y1z1…xMyMzM]T其中rm＝(xm,ym,zm)表示第m个误差传感器位置；步骤4.2：根据工作面的约束范围，对粒子中的每一维元素在约束范围内随机赋值，实现对粒子群的初始化，其中粒子群中包含I个D维粒子xi，i＝1,2,…,I，D＝3M；步骤4.3：进行迭代计算，每次迭代中计算每个粒子的适应度值，并对粒子进行元素值更新：对于第k+1次迭代，第i个粒子第d维元素值的更新方程为：其中是均匀分布在(0,1)上的随机数，是第k次迭代后I个粒子第d维元素值的平均值，是第k次迭代后第i个粒子第d维元素值，为均匀分布在(0,1)上的随机数，当时，α前取“+”，时，α前取“-”，α为压缩扩张因子；为第k次迭代后第i个粒子对应其历史最优适应度时的第d维元素值，为粒子群在第k次迭代中，取到最优适应度的粒子的第d维元素值；步骤4.4：当达到最大迭代次数时，迭代结束，输出每个粒子对应其历史最优适应度时的粒子值pi＝[pi1pi2…piD]T，以及当前迭代运算后，取到最优适应度的粒子值pg＝[pg1pg2…pgD]T，共得到I+1个误差传感器布放方式，取其中适应度值最优的误差传感器布放方式。进一步的优选方案，所述一种直升机舱室全局有源噪声控制的误差传感器布放优化方法，其特征在于：直升机舱室中的舱门、玻璃窗和地板位置不能安装误差传感器。进一步的优选方案，所述一种直升机舱室全局有源噪声控制的误差传感器布放优化方法，其特征在于：迭代计算过程中，如果更新后的某一元素值超出其对应工作面的约束范围，则用约束范围边界作为该元素值。进一步的优选方案，所述一种直升机舱室全局有源噪声控制的误差传感器布放优化方法，其特征在于：当迭代运算过程中出现某个粒子中有误差传感器位置重叠的情况时，对该粒子中的每一维元素重新在约束范围内随机赋值。进一步的优选方案，所述一种直升机舱室全局有源噪声控制的误差传感器布放优化方法，其特征在于：压缩扩张因子α根据以下公式确定：其中αstart和αend分别是α的起始值和终止值，kmax为设定的最大迭代次数。进一步的优选方案，所述一种直升机舱室全局有源噪声控制的误差传感器布放优化方法，其特征在于：αstart和αend分别取1.0和0.5。有益效果本专利技术优点在于：(1)在误差传感器安装约束条件下，在直升机舱室中多个工作面内搜索，优化误差传感器布放，与传统布放方式(直接安装在座椅投靠两侧)相比，大大提高了舱室的全局降噪效果；(2)选择的误差传感器布放在4个频率下都有很好的降噪效果；(3)相比基于GA的优化方法，本专利技术基于的QPSO算法简单，控制参数唯一，能够快速适用于不同的工程问题。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1：本专利技术的流程图；图2：误差传感器位置的编码串；图3：实施例中直升机舱室模型；图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种直升机舱室全局有源噪声控制的误差传感器布放优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立需要进行噪声控制的直升机舱室模型，并固定次级声源的位置；步骤2：考虑误差传感器的空间安装约束条件，在直升机舱室中选择N个可以布放误差传感器的工作面An，n＝1,2,…,N；根据控制器能力确定误差传感器个数M，并根据实际选择工作面的大小，将M个误差传感器分配于N个工作面上，工作面An上安装误差传感器个数为Mn，步骤3：选择控制目标区域为整个直升机舱室，根据公式AL=-10lgEp(t)(ω)Ep(p)(ω)]]>计算降噪量AL，其中表示控制后总声场，表示初级声场，ω为角频率，ω＝2πfj，fj为第j个待控制的频率，j＝1～J，J为待控制的频率个数；构建适应度值函数为：F=Σj=1J(aljΣj=1Jalj×ALj)]]>其中ALj为对应待控制频率fj的降噪量，alj为对应频率fj的期望降噪量；步骤4：根据以下步骤对直升机舱室的误差传感器布放进行优化：步骤4.1：对M个误差传感器的位置进行编码，并将一条编码串x作为一个粒子；粒子中的元素表示某个误差传感器位置的一个坐标：x＝[r1 r2 … rM]T＝[x1 y1 z1 … xM yM zM]T其中rm＝(xm,ym,zm)表示第m个误差传感器位置；步骤4.2：根据工作面的约束范围，对粒子中的每一维元素在约束范围内随机赋值，实现对粒子群的初始化，其中粒子群中包含I个D维粒子xi，i＝1,2,…,I，D＝3M；步骤4.3：进行迭代计算，每次迭代中计算每个粒子的适应度值，并对粒子进行元素值更新：对于第k+1次迭代，第i个粒子第d维元素值的更新方程为：其中是均匀分布在(0,1)上的随机数，是第k次迭代后I个粒子第d维元素值的平均值，是第k次迭代后第i个粒子第d维元素值，为均匀分布在(0,1)上的随机数，当时，α前取“+”，时，α前取“‑”，α为压缩扩张因子；为第k次迭代后第i个粒子对应其历史最优适应度时的第d维元素值，为粒子群在第k次迭代中，取到最优适应度的粒子的第d维元素值；步骤4.4：当达到最大迭代次数时，迭代结束，输出每个粒子对应其历史最优适应度时的粒子值pi＝[pi1 pi2 … piD]T，以及当前迭代运算后，取到最优适应度的粒子值pg＝[pg1 pg2 … pgD]T，共得到I+1个误差传感器布放方式，取其中适应度值最优的误差传感器布放方式。...
【技术特征摘要】
1.一种直升机舱室全局有源噪声控制的误差传感器布放优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立需要进行噪声控制的直升机舱室模型，并固定次级声源的位置；步骤2：考虑误差传感器的空间安装约束条件，在直升机舱室中选择N个可以布放误差传感器的工作面An，n＝1,2,…,N；根据控制器能力确定误差传感器个数M，并根据实际选择工作面的大小，将M个误差传感器分配于N个工作面上，工作面An上安装误差传感器个数为Mn，步骤3：选择控制目标区域为整个直升机舱室，根据公式AL=-10lgEp(t)(ω)Ep(p)(ω)]]>计算降噪量AL，其中表示控制后总声场，表示初级声场，ω为角频率，ω＝2πfj，fj为第j个待控制的频率，j＝1～J，J为待控制的频率个数；构建适应度值函数为：F=Σj=1J(aljΣj=1Jalj×ALj)]]>其中ALj为对应待控制频率fj的降噪量，alj为对应频率fj的期望降噪量；步骤4：根据以下步骤对直升机舱室的误差传感器布放进行优化：步骤4.1：对M个误差传感器的位置进行编码，并将一条编码串x作为一个粒子；粒子中的元素表示某个误差传感器位置的一个坐标：x＝[r1r2…rM]T＝[x1y1z1…xMyMzM]T其中rm＝(xm,ym,zm)表示第m个误差传感器位置；步骤4.2：根据工作面的约束范围，对粒子中的每一维元素在约束范围内随机赋值，实现对粒子群的初始化，其中粒子群中包含I个D维粒子xi，i＝1,2,…,I，D＝3M；步骤4.3：进行迭代计算，每次迭代中计算每个粒子的适应度值，并对粒子进行元素值更新：对于第k+1次迭代，第i个粒子第d维元素值的更新方程为：其中是均匀分布在(0,1)上的随机数，是第k次迭代后I个粒子第d维元素...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈克安，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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