基于DSP的窄带主动噪声控制系统实现

论文摘要

噪声是我们日常生产和生活中不可避免的声音污染,近年来备受关注。传统的被动噪声控制方法对低频噪声的抑制效果不佳,与被动噪声控制技术相比,主动噪声控制技术（Active Noise Control-ANC）具有良好的低频特性,非常适用于低频噪声特别是低频窄带噪声的控制场合。这类噪声广泛产生于旋转设备和具有往复运动的机械设备大多通过管道向外传播,涉及民用（汽车发动机、空调压缩机）、工业（送风机）和军事（潜艇）等领域。社会和经济的发展,对三大领域的投入越来越多,由此带来的噪声污染不容忽视。由于对窄带噪声有效的抑制性,近年来,窄带ANC系统的研究如火如荼。窄带ANC系统的研究可从理论和实际应用两方面入手。本文以窄带ANC系统的硬件实现作为切入点,详细分析和设计了整个窄带ANC系统,主要工作体现在五个方面:（1）通过管道声场理论分析,包括声波导理论和平面波理论分析,设计用于传播低频窄带噪声的一维管道装置从而大大简化该类噪声存在的声学环境,有利于窄带ANC系统的实现。（2）通过对自适应滤波器和有源噪声控制器的研究,以一维管道为实验平台,设计基于TMS320VC5509DSP的前馈窄带噪声控制器,包括含次级通道在线辨识的自适应滤波算法和硬件电路两部分,完成系统残余噪声的采集、次级通道的辨识、自适应控制算法的处理和次级噪声的输出,使其与初级噪声在管道下游干涉相消达到抑制噪声的目的。（3）编写上位机程序实时分析残余噪声功率谱信息,并通过声级计和MATLAB定量反映环境噪声分贝的走势和降噪量。（4）针对实际应用场合系统易发散情况,通过对系统引入比例因子改进系统模型,约束系统发散,并在此基础上完成多组管道ANC消噪实验,获得了良好的降噪效果,从而验证了本系统设计的有效性。（5）通过多组管道ANC消噪实验方案和实验现象的对比,详细分析了ANC系统实际应用中遭遇的普遍问题以及相应的解决措施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 主动噪声控制技术（ANC）研究现状
• 1.2.1 主动噪声控制技术的发展
• 1.2.2 主动噪声控制技术的应用领域
• 1.3 本文研究内容及方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 1.3.3 研究目的及意义
• 1.3.4 结构安排
• 第2章 管道有源噪声控制技术理论
• 2.1 管道声场理论
• 2.1.1 平面波声场理论
• 2.1.2 管道声场分析
• 2.1.3 管道有源控制
• 2.2 自适应滤波器理论
• 2.2.1 自适应滤波器原理
• 2.2.2 自适应滤波器结构
• 2.2.3 自适应滤波算法
• 2.3 有源噪声控制器理论
• 2.3.1 有源噪声控制器类型
• 2.3.2 次级通道辨识
• 2.4 ANC 系统设计方案
• 2.5 本章小结
• 第3章 窄带低频管道ANC 系统硬件设计
• 3.1 总体方案
• 3.2 管道设计
• 3.3 主动噪声控制器设计
• 3.3.1 DSP 算法处理单元
• 3.3.2 残余噪声采集单元
• 3.3.3 次级噪声输出单元
• 3.4 本章小结
• 第4章 管道ANC 系统软件设计
• 4.1 ANC 控制器软件设计
• 4.1.1 DSP 软件开发环境
• 4.1.2 ANC 控制器总体流程图
• 4.1.3 A/D 采样子程序设计
• 4.1.4 D/A 采样子程序设计
• 4.1.5 ANC 算法子程序设计
• 4.2 上位机程序
• 4.2.1 初级噪声设计
• 4.2.2 残余噪声功率谱分析
• 4.2.3 环境噪声评定
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验结果与分析
• 5.1 窄带低频ANC 系统实验
• 5.1.1 ANC 算法改进
• 5.1.2 软件化信号调理
• 5.1.3 实验结果分析
• 5.2 系统改进及展望
• 5.2.1 ANC 消噪第一组实验
• 5.2.2 ANC 消噪第二组实验
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢