本发明专利技术涉及一种机械主动隔振的多通道窄带控制算法，在振源附近用振动传感器拾取参考信号,用提前划分好的各频段的窄带带通滤波器提取时域线谱参考信号，通过多通道2阶滤波运算得次级通道逆模型滤波后的参考信号用于自适应控制，在确保稳定性同时、可得比FxLMS算法快的收敛速度；在窄带带通滤波器后串联一个只含2阶参数、参数可随频率波动在线自适应调整的相位差补偿器，使提取后的线谱参考信号与提取前的原始参考信号无相位差，从而抑制线谱频率波动引起的控制器最优解波动，提高控制算法对频率波动的鲁棒性。本发明专利技术收敛速度快，对频率波动鲁棒性好，在机械振动幅值、频率波动工况下控制效果好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及。
技术介绍
机械振动含有丰富而突出的线谱成分，该些线谱能量集中、幅值远高于周围频率 宽带噪声，且各线谱幅值、频率均会随着机械运转工况而波动。船舶机械的线谱对船舶福射噪声有重要影响。机械设备主动隔振技术作为一种抑 制线谱的有效手段而日益受到重视，为了实现更好的线谱控制效果，机械主动隔振的有源 控制算法需要突破W下难点；（1)有多根线谱振动需要进行控制，采用传统的宽带自适应 算法只能有效控制其中最强的1~2个频率振动；（2)机械设备由多个隔振器支承，结构通 常较复杂，次级通道矩阵特征值分散度大，造成收敛稳定性和速度难W兼顾；（3)机械设备 的振幅和频率均可能出现波动，控制算法应具有较快收敛速度、并对频率波动具有较好鲁 椿性，才能取得良好线谱控制效果。 目前已公布的窄带自适应算法可针对难点（1)多根线谱振动（噪声）控制取得良 好效果。窄带自适应算法分为时域算法、频域算法和时域频域结合算法，但目前的窄带算法 均无法同时解决难点（2)、（3)。《何琳，李彦，杨军.磁悬浮-气囊主被动混合隔振装置理论和实验.声学学报， 2013, 38 (2): 241-249.》和《张攀.船用往复式机械的振动主动控制技术研究巧]，哈尔滨 工程大学硕±论文，2013.》，研究了时域窄带算法，通过窄带带通滤波器提取时域参考信号 和时域误差信号中的线谱，次级通道时域卷积滤波降低到十多阶，各控制器独立并行控制 多根线谱，与宽带算法相比，计算量有所降低，对多线谱的控制效果和收敛速度有所提高， 但并未解决次级通道矩阵特征值分散度大而难W兼顾收敛稳定性和速度的问题；并且窄带 带通滤波器的相频特性非常睹峭，因此在频率波动工况，该算法控制器最优解波动剧烈，鲁 椿性较差。还有一种对频率失配具有鲁椿性的窄带算法，在参考信号发生环节设置频率因 子，采用类LMS算法对该因子进行自适应调整，使参考信号频率逐渐接近实际频率，但该频 率因子的自适应调整需要使用整个多通道控制系统的误差信号、次级通道模型和控制器系 数，运算量大并且与控制算法具有强烈禪合性；仿真结果表明若实际频率为静态，调整参考 信号频率接近该频率亦需迭代数千次，未给出对于频率波动的跟踪效果。专利CN102629469A公开了一种时频域混合自适应有源噪声控制算法，该算法根 据噪声传播的时延特点，将整个控制滤波器划分成两块，一块在时域上完成滤波W保证控 制信号的生成环节无时延，另一块采用频域滤波，而两块滤波器更新都在频域上完成。但该 专利的时域控制器未设及如何从时域参考信号和误差信号中提取时域线谱，未设及频率波 动工况鲁椿性。从上可知，上述的窄带控制算法主要针对幅值和频率稳定的工况，但在机械设备 线谱振幅和频率波动工况下，还需要研究收敛速度、实时性、鲁椿性更好的算法，W确保该 工况下的多线谱振动控制效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对机械多线谱振动的主动隔离，旨在提供一种在次级通道矩阵 特征值分散度大的情况下，仍可兼顾稳定性和收敛速度，并能在机械振动幅值、频率波动工 况下，具有良好鲁椿性和控制效果的机械主动隔振的多通道窄带控制算法。 本专利技术目的的实现方式为，，具体步骤 如下： 1)在振源附近用振动传感器拾取参考信号V°(n)，将全频原始参考信号v°(n)输入 转移函数为的希尔伯特变换器，获得信号x^W;将v°(n)输入M点延迟 器，获得信号x° (n);由于希尔伯特变换具有全通特性和全频段相移-JT/2特性，因此式中 4(?)为x° (n)在全频段相移-31 /2后的信号，下标Q表示相移-31 /2 ; 2)按照提前划分好的频段，用各频段的窄带带通滤波器r(z)对全频参考信号 x°(n)和全频正交参考信号《(")进行滤波，获得处于各频段的线谱信号um(n)和鸣'(")，将 um(n)和呜(")输入一个只含2阶参数的相位差补偿器，获得各频段的线谱参考信号xm(n)和 线谱正交参考信号項(")，该相位差补偿器的2阶参数可随频率波动在线自适应调整，W确 保xm(n)和分别相对于提取前的信号x°(n)和嗦(》)几乎无相位差；上标m表示频段编 号； 3)设控制系统硬件具有L个作动器和L个误差传感器，每个作动器在控制算法中 对应一路自适应控制器，在各频段，根据如下公式得到自适应控制器输出信号J;"(n)，1 =式中<(")，i= 0, . . .，N-1是第m频段的第1路自适应控制器的时域系数，与自 适应控制器转移函数W/"(z)对应； 式中N为自适应控制器的阶数； 4)将各频段控制信号）';"(")，1 = 1，...，L叠加后得到控制信号）';(")，1 = 1,. . . ,L;控制f目号、,,。W, 1 二 1，. ..，L经次级通道t_ 1 1 到达束k= 1,. . . ,L个 误差振动传感器处，与第k= 1，. . .，L个误差振动传感器处的期望信号<(")，k= 1，. ..，L共同作用后，得到误差信号<(")，k= 1，...，L;式中Ski(z)表示第1路控制信号经由第1路作动器至第k路误差信号间的次级通 道转移函数；[001引 W用各频段的窄带带通滤波器B-(z)对误差信号卻!），k= 1，. . .，L进行滤波，提 取出各频段的线谱误差信号《的，k= 1，. . .，L; 6)在各频段，用B-(z)对线谱参考信号xm(n)和线谱正交参考信号《(")再进行一 次窄带滤波，得到信号诚(，，)和確<(")，然后在各频段通过多通道2阶滤波运算进行次级通道 逆模型滤波，得到各频段的次级通道逆模型滤波后的参考信号请(")，;[002U 7)在各频段，根据如下公式对各路自适应控制器的时域系数11,<^^， 行调整： 其中为收敛步长，/^>〇,各频段的可W独立设置； 重复步骤1)~7)，使各频段的目标函数逐渐减小，从而实现多线谱 振动主动控制。本专利技术在Elliott等公开的频域Newton算法基础上改进：用窄带带通滤波器提取 时域参考信号中的线谱，并在窄带带通滤波器后串联一个只含2阶参数、参数可随频率波 动在线自适应调整的相位差补偿器，使提取后的线谱参考信号与提取前的原始参考信号无 相位差，从而抑制线谱频率波动引起的控制器最优解波动，显著提高控制算法对频率波动 的鲁椿性；对时域线谱参考信号进行次级通道逆模型滤波，WL个作动器和L个传感器为 例，通过LXL个2阶滤波运算，获得次级通道逆模型滤波后的参考信号，用于进行自适应控 审IJ，在确保稳定性的同时，可获得比FxLMS算法更快的收敛速度（尤其在次级通道矩阵特征 值分散度大的情况下）；该算法收敛速度快，对频率波动鲁椿性好，可在机械振动幅值、频 率波动工况下取得良好控制效果。 本专利技术的有益效果是： 1、对时域线谱参考信号进行次级通道逆模型滤波，将次级通道逆模型滤波后的参 考信号用于自适应控制，在确保稳定性的同时、可获得比FxLMS算法更快的收敛速度，对幅 值和频率波动的振动具有更好的控制效果； 2、上述次级通道逆模型滤波只需处理时域信号，无需进行时频变换，并且对时域 信号进行逐点处理，实时性非常好； 3、上述各频段的次级通道逆模型滤波，只需LXL个2阶滤波即可实现，运算量很 小本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种机械主动隔振的多通道窄带控制算法，其特征在于：具体步骤如下：1)在振源附近用振动传感器拾取参考信号vo(n)，将全频原始参考信号vo(n)输入转移函数为的希尔伯特变换器，获得信号将vo(n)输入M点延迟器，获得信号xo(n)；由于希尔伯特变换具有全通特性和全频段相移‑π/2特性，因此式中为xo(n)在全频段相移‑π/2后的信号，下标Q表示相移‑π/2；2)按照提前划分好的频段，用各频段的窄带带通滤波器Bm(z)对全频参考信号xo(n)和全频正交参考信号进行滤波，获得处于各频段的线谱信号um(n)和将um(n)和输入一个只含2阶参数的相位差补偿器，获得各频段的线谱参考信号xm(n)和线谱正交参考信号该相位差补偿器的2阶参数可随频率波动在线自适应调整，以确保xm(n)和分别相对于提取前的信号xo(n)和几乎无相位差；上标m表示频段编号；3)设控制系统硬件具有L个作动器和L个误差传感器，每个作动器在控制算法中对应一路自适应控制器，在各频段，根据如下公式得到自适应控制器输出信号l＝1,...,L：ylm(n)=Σi=0N-1wlim(n)xm(n-i),l=1,...,L---(8),]]>式中i＝0,...,N‑1是第m频段的第l路自适应控制器的时域系数，与自适应控制器转移函数对应；式中N为自适应控制器的阶数；4)将各频段控制信号l＝1,...,L叠加后得到控制信号l＝1,...,L；控制信号l＝1,...,L经次级通道Skl(z),l=1,...,Lk=1,...,L;]]>到达第k＝1,...,L个误差振动传感器处，与第k＝1,...,L个误差振动传感器处的期望信号k＝1,...,L共同作用后，得到误差信号k＝1,...,L；式中Skl(z)表示第l路控制信号经由第l路作动器至第k路误差信号间的次级通道转移函数；5)用各频段的窄带带通滤波器Bm(z)对误差信号k＝1,...,L进行滤波，提取出各频段的线谱误差信号k＝1,...,L；6)在各频段，用Bm(z)对线谱参考信号xm(n)和线谱正交参考信号再进行一次窄带滤波，得到信号和然后输入次级通道逆模型滤波器，在各频段通过多通道2阶滤波运算进行次级通道逆模型滤波，得到各频段的次级通道逆模型滤波后的参考信号rlkm(n),l=1,...,Lk=1,...,L;]]>7)在各频段，根据如下公式对各路自适应控制器的时域系数wlim(n),l=1,...,Li=0,...,N-1]]>进行调整：wlim(n+1)=wlim(n)-μ~Σk=1Lekm(n)rlkm(n-i),l=1,...,Li=0,...,N-1---(9),]]>其中为收敛步长，各频段的可以独立设置；重复步骤1)～7)，使各频段的目标函数逐渐减小，从而实现多线谱振动主动控制。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何琳，李彦，帅长庚，吕志强，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。