模型参考自适应在有源消声上的应用

　　如何有效地消除噪声是多年来人们非常关注的研究课题.传统的噪声控制主要是无源消声,诸如用吸声材料、阻尼处理等,这些措施都存在着对低频噪声无能为力的缺陷,于是有源噪声控制便应运而生.有源噪声控制(Active Noise Control,简称为ANC),是指使用人为产生的次级声信号作用于源噪声,从而达到降低或消除噪声的目的.有源消声自三十年代由P. Lueg提出以后[1],几经曲折发展到今天,已成为目前噪声控制界一个非常重要的热点课题[2].

　　在有源消声系统中,由于实际的噪声源几乎总是时变的;控制器电子线路参数也不总是恒定的;消声空间一些非可控参数(如介质物理参数)经常随时间而发生变化,因而控制器传递函数必须随被控系统参数的变化而变化[3].常规控制系统对此具有明显的局限性,而自适应控制系统具有抑制参数扰动和结构扰动的能力,因此将自适应控制用于有源消声控制不失为一种有益的尝试.实现自适应控制的方案有多种,其中模型参考自适应系统(Model Reference Adaptive System,简秒MRAS)[4]具有自适应速度快、控制规律丰富、容易实现等优点.本文将具体分析如何将模型参考自适应控制应用于有源消声系统.

　　1　方案的提出

　　模型参考自适应系统通常由参考模型、可调系统和自适应机构三部分组成,其典型结构如图1所示[5].

　　参考模型和可调系统的输出相减后得到广义误差e,e表征了给定性能指标与实际性能指标之差.广义误差信号和系统的输入以及可调系统的输出(或状态)作用于自适应机构以调节可调系统的参数,或者产生一个辅助的输入信号,前者称为参数自适应,后者称为信号综合自适应.通过自适应机构的作用最终使e趋近于0,从而使实际性能指标达到或接近理想性能指标.

　　如何将MRAS应用于有源消声是一个需要深入探索的课题.在研究过程中我们先后提出过多种方案,其中比较成熟的方案有两个(以下记为第一方案和第二方案).第一方案原理结构图如图2所示.其中S1为源噪声, M为传声器(声电转换装置),它将该点的声音信号转换为电信号.Kp为参考模型,在调试过程中为简化电路,我们一般将Kp取为1. Mul1和Mul2是模拟乘法器, PI为比例积分电路.x和y分别为参考模型和可调对象的输出,两者相减得到广义误差信号e,e和系统的输入以及可调系统的输出作用于自适应机构,从而自动调节可调对象的参数,使y能自动跟随x,满足大小相等、相位相反的要求,同时使e趋近于0.y信号经过功率放大器(图2中的Km)后去推动次级扬声器S2,产生一个和源噪声等幅反相的声波,从而达到消噪的目的.

　　上述第一方案经计算机仿真和实验调试,证明是可行的,且已取得单频最大降噪14dB的效果.