有源噪声控制系统和降低噪声的方法技术方案

一有源噪声（或振荡）控制系统具有：激励器（２４），响应一驱动信号（Ｕ）提供声频抗噪声信号；误差传感器（１６），检测来自激励器的声频抗噪声信号，检测干扰噪声（ｄ），和提供表明它们的组合的误差信号（ｅ）；和控制器（２０），响应此误差信号（ｅ）提供驱动信号（Ｕ）到激励器（２４），在此控制器中设置有具有能态（１１２）和非线性复位逻辑（１３０）的控制器补偿（７８），在当误差信号穿过零时暂时将滤波器（７８）中的能态（１１２）复位到零，由此改善此有源噪声控制系统的带宽。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于有源噪声(或振荡)控制，较具体说是关于非线性约化相位(reduced phase)滤波器在有源噪声(或振荡)控制系统中的应用。 在本
中普遍知道采用有源噪声(或振荡)控制(ANC)系统来作电子技术检测和消除来自噪声产生源例如风扇、鼓风机、电子变压器、发动机等不希望等噪声(或振动)。检测和消除的一种方法是一“并置”措施，一传感器(例如微音器)和执行机构(例如扬声器)沿着与干扰噪声(或振荡)的波前行相同的平面配置。一用于HVAC(取暖、通风和空调)管道的公知的“并置”有源噪声控制系统由一扬声器和一检误微音器(mic)组成，前者发射与前述噪声波异相的声波(即“抗噪声”)进管道以便消除在扬声器输出附近的噪声波，而检误微音器则被配置在声波的平面内离开扬声器处，它检测噪声的抵消量。来自检误微音器的信号被传送到有源噪声控制电子电路和/或软件并提供一电驱动信号来驱动提供“抗噪声”声频信号的扬声器由此来使差错噪声信号降到最小。如这里所采用的，术语“抗噪声”被用来代表由扬声器所产生的噪声消除信号。在一理想的并置系统中，闭环传输函数(由干扰噪声入开始到检误微音器的抗噪声出)等于-1(即一释压条件)。为达到此-1的限制，必须有高环路增益(即控制器增益)。但是，此声频抗噪声信号由扬声器行进到检误微音器的时间延迟(以及扬声器内部的时间延迟)使得此控制环路中存在一净时间延迟(e-ST)。已知的线性控制理论和Bode增益一相位关系对在环路中具有时间延迟的线性控制系统的性能-稳定性间的协调产生有限制。特别是，为防止控制系统中的不稳定性，在由于时间延迟而使得相位滞后迅速增加的区间环路增益必须降低。这样的降低环路增益导致带宽减小和时间响应减缓，因而限制了这样一种并置设计途径的性能和实用性。从而希望开发一种并置的管道有源噪声控制系统，它能允许高环路增益同时在存在有时间延迟时仍然维持足够的稳定范围来提供稳定的环路控制。本专利技术的目的是提供一种具有高环路增益因而完善噪声消除的并置的管道有源噪声控制系统。按照本专利技术，一有源噪声(或振荡)控制系统包括一激励器，响应驱动信号提供声频抗噪声信号；一误差传感器，被配置来使得能检测来自执行机构的声频抗噪声信号和检测干扰噪声，并提供一表明它们的组合的误差信号；响应此误差信号的控制器，包括一个有能态的滤波器和非线性复位逻辑，后者在当误差信号通过零时暂时地将滤波器中的能态复位到零；且此声频抗噪声信号具有的幅值和相位能衰减传感器处的干扰噪声。另外按照本专利技术，此滤波器是一一阶低通(滞后)滤波器。再一方面按照本专利技术，此滤波器是一离散化滤波器。又一方面按照本专利技术，此非线性复位逻辑将能态复位到零一个采样时间长。本专利技术对现有技术提供的重大改进是对有源噪声(或振荡)控制应用采取一具有一复位元件的约化相移非线性滤波器。这样的滤波器具有基本上与模拟的线性滤波器相同的第一谐波振幅效率响应分布(例如，在截止频率后相同的dB/十进制分布，但具有一呈现较该相关联的线性滤波器小的相位滞后的第一谐波相位频率响应。因而，本专利技术能将并置的有源噪声控制系统(它具有一纯时间延迟相位滞后)实现得带有增大的增益和带宽并从而取得所希望的噪声消除性能。根据下面参照附图所作示范性实施例的详细说明，本专利技术的上述和其他的目的、特性和优点将更显见。所列附图是附图说明图1为按照本专利技术的一并置的管道有源噪声控制系统的概略方框图；图2为按照本专利技术图1的并置的系统的控制系统方框图；图3为按照本专利技术图1的并置的系统的详细控制系统方框图；图4为按照本专利技术的具有非线性复位元件的数字补偿的方框图；图5为先有技术线性补偿和按照本专利技术的非线性补偿的振幅频率响应曲线；图6为先有技术性补偿和按照本专利技术的非线性补偿的相位频率响应曲线；和图7为对无补偿、先有技术的线性补偿和按照本专利技术的非线性补偿的声压级(SPL)图。参看图1，一用于HVAC管道的并置的有源噪声控制系统包括一沿着它声频干扰噪声波12(d)(被表示为波前行)在方向14上传播的管道10。一检误微音器16检测噪声12并在线路18上提供一电信号(e)到有源噪声控制(ANC)控制器20。如果希望的话也可不用微音器而采用任何声频测量装置。控制器20在线路22上提供电驱动信号(U)到一安装到管道10的管壁的扬声器24，例如可以是一JBLancing,Model No.JBL2118H的8英寸直径圆扬声器。希望的话也可利用其他扬声器。如希望的话也可替代扬声器采用任一种声频激励器，例如一非发声的线圈薄膜激励器如PVDF，空心的PVDF，静电的，压电的，压电聚合地，压电陶磁等。此管道10为一高H为5英寸(12.7cm)和深(进入页面)10英寸(25.4cm)的矩形管道。希望的话亦可采用其他管道形状和尺寸。扬声器24产生适当振幅和异相的音波即“抗噪声”(未图示)，以便能抵消噪声波12。如前所述，术语“抗噪声”用来表示扬声器所产生的噪声消除信号。任何未被来自扬声器24的抗噪声抵消的剩余噪声均被检误微音器16检测并在线路18上送至控制器20作为电误差信号(e)。此检误微音器16被安置于离开扬声器的声频近场效应一预定距离g1处，例如距扬声器表面(在管道壁处)2英寸”，这里波的压力幅值和相位等于由扬声器发射的平面波成份。希望时亦可采用其它的距离g1。控制器20调整在线路22上输出到扬声器24的信号(U)以便减少微音器16处的总的声频噪声(和误差信号(e))，从而降低(即衰减)管道中的扬声器24下游的传播噪声(在一定频率范围内)。控制器20包括公知的电子电路和/或软件来提供这里所述功能。下面将进一步讨论控制器20的细节。现在看图2，图1的微音器16、控制器20和扬声器24(包括扬声器24与微音器16之间的管道动态)分别以控制系统单元50、60、70表示。检误微音器单元50接收线路52上的输入干扰噪声信号d和线路54上的抗噪声信号y(两者在检误微音器16是作为独立地看到的)，求取信号d、y之和，如由求和器56所示，和在线路58上提供指明噪声和抗噪声信号之和的误差信号e。此误差信号e被馈送到具有表明此控制器20(图1)动态的传输函数C(s)的控制器单元60，在线路62上提供信号U。此信号U被提供到具有指明此设备动态的传输函数P(s)的设备单元70，在线路54上将此信号y提供给微音器单元50。现在看图3，表明图2的控制器单元60和设备单元70的更详细的控制系统方框图。在控制器60c中，来自微音器单元50的线路58上的信号e被提供给具有一般至少为采样频率一半的截止频率例如7kHz的模拟低通反混淆滤波器70。此低通滤波器70作为一反混淆滤波器动作来衰减高频和避免混淆公知的在数字采样数据系统中可能发生的输入信号。如希望也可根据采样速率、所要求的衰减量、和可允许的相位滞后量采用其他截止频率和/或滤波器阶次，如广为公的那样。低通滤波器70将线路72上被滤波的信号加到一公知的A/D(模-数)变换器74，将线路72上的模拟信号变换到线路76上的被采样的数字信号r(k)。信号r(k)被传送给数字控制(或补偿或非线性滤波器)逻辑78，例如一微处理器或数字信号处理器，象具有采样速率如14kHz的一DSP芯片，Part No.TMS 320C40。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一有源噪声控制系统，包括： 激励器，响应驱动信号，提供声频抗噪声信号； 误差传感器，被配置得能检测来自所述激励器的所述声频抗噪声信号和检测干扰噪声并提供表明它们的组合的误差信号； 响应所述误差信号的控制器，包括： 具有能态的滤波器；和 非线性复位逻辑，当所述误差信号通过零时暂时将所述滤波器中的所述能态复位到零； 所述控制器提供所述驱动信号到所述激励器；和 所述声频抗噪声信号具有的幅值和相位使得能衰减在所述传感器的所述干扰噪声。

【技术特征摘要】
US 1996-6-26 08/672,1681.一有源噪声控制系统，包括激励器，响应驱动信号，提供声频抗噪声信号；误差传感器，被配置得能检测来自所述激励器的所述声频抗噪声信号和检测干扰噪声并提供表明它们的组合的误差信号；响应所述误差信号的控制器，包括具有能态的滤波器；和非线性复位逻辑，当所述误差信号通过零时暂时将所述滤波器中的所述能态复位到零；所述控制器提供所述驱动信号到所述激励器；和所述声频抗噪声信号具有的幅值和相位使得能衰减在所述传感器的所述干扰噪声。2.权利要求1的有源噪声控制系统，其中所述滤波器为一一阶滞后滤波器。3.权利要求1的有源噪声控制系统，其中所述滤波器为一离散化滤波器。4.权利要求3的有源噪声控制系统，其中所述非线性复位逻辑复位所述能态到零一个采样的时间。5.权利要求1的有源噪声控制系统，其中所述激励器包括一扬声器。6.权利要求1的有源噪声控制系统，其中所述传感器包括一微音器。7.有源噪声控制系统，包括激励器装置，响应一驱动信号提供声频抗噪声信号；误差传感装置，检测来自所述激励器装置的所述声频抗噪声信号，检测干扰噪声，并提供一表明它们的组合的误差信号；信号处理装置，响应所述误差信号且具有能态，用于滤波所述误差信号和当所述误差信号穿过零时暂时将所述能态复位到零，和提供所述驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：克拉斯A雅各布森，杜安C麦科密克，
申请(专利权)人：联合技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]