基于FXLMS算法的矿用有源降噪技术的研究

发布时间：2017-09-14 14:13

  本文关键词：基于FXLMS算法的矿用有源降噪技术的研究

  更多相关文章： 煤矿噪声 自适应控制 有源降噪技术 FXLMS算法 次级通道建模

【摘要】：噪声是煤矿井下主要职业危害之一。煤矿井下噪声具有低频突出、强度大、干扰时间长、穿透性强等特点。近年来,随着《中华人民共和国职业病防治法》、《工业企业厂界噪声排放标准》等法规的出台,我国对煤矿井下噪声的危害逐渐重视起来。传统降噪技术对中高频噪声降噪效果比较显著,对低频噪声降噪效果并不明显,而有源降噪技术是对传统降噪技术的一个弥补,具有良好的低频降噪特性。因此开展对煤矿井下有源降噪技术的研究对进一步研发出具有实用价值的有源降噪耳罩具有十分重要的意义。本文在分析有源降噪技术现状的基础上,结合煤矿井下噪声源及噪声特点,对煤矿井下低频噪声开展了基于FXLMS自适应降噪算法的有源降噪技术的研究。FXLMS算法性能主要受收敛速度、稳态误差、运算量三个因素的影响,三者之间又相互制约。由于煤矿井下噪声密集,致使算法运算量大,同时收敛速度变慢,而收敛系数μ是FXLMS算法一个重要的量,也是优化设计的关键。本文通过在稳态误差不同的阶段,选取不同的收敛系数μ,不仅提高了FXLMS算法的收敛速度,同时也降低了算法运算量和稳态误差。在此基础上采用离线建模方法建立了次级通道模型,并通过仿真验证其收敛性。设计了DSP芯片、选用ADAU1772处理器等构建了有源降噪控制系统,并对煤矿井下低频噪声中具有代表性的1kHz正弦信号进行单音降噪仿真实验；在1kHz正弦信号中加入单音噪声能量的20%的干扰噪声信号进行了降噪实验；采集了KCS250矿用湿式除尘器的噪声数据并进行了降噪实验,验证了所设计的有源降噪控制系统的降噪效果。通过研究,得到以下结论：(1)收敛系数μ是FXLMS算法的一个非常重要的量,它的取值决定着自适应过程是否收敛,以及收敛的速度快慢和自适应过程中稳态误差的大小；(2)基于FXLMS算法优化设计的次级通道的模型仿真结果表明：拟合的次级通道曲线与实测曲线归一化能量偏离误差小于0.05,且相位差约40度,说明次级通道模型是收敛稳定的；(3)设计的有源降噪控制系统对1kHz正弦信号的单音降噪量可以到达30dB；对加入干扰噪声的正弦信号,其降噪量基本没有影响,说明干扰噪声对正弦信号的降噪几乎没有影响；(4)设计的有源降噪控制系统采集的噪声频率数据准确可靠。对KCS250矿用湿式除尘器测量的基频约为680Hz,与理论计算的除尘器频率677 Hz相差不到0.5%；(5)设计的有源降噪控制系统对KCS250矿用湿式除尘器噪声降噪量达到了5-6dB。
【关键词】：煤矿噪声 自适应控制 有源降噪技术 FXLMS算法 次级通道建模
【学位授予单位】：煤炭科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB535;TD79
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 论文研究背景与意义10-12
• 1.2 国内外煤矿噪声控制现状12-16
• 1.2.1 传统噪声控制技术12-14
• 1.2.2 有源噪声控制技术14-16
• 1.3 国内外有源噪声控制技术研究现状16-19
• 1.4 本论文的研究内容19-20
• 1.5 本章小结20-21
• 2 煤矿井下噪声特点与自适应有源降噪技术21-29
• 2.1 煤矿井下噪声源分析21-22
• 2.1.1 采煤工作面噪声源21
• 2.1.2 掘进工作面噪声源21-22
• 2.1.3 其他方面噪声源22
• 2.1.4 煤矿井下噪声的特点分析22
• 2.2 自适应有源降噪技术22-28
• 2.2.1 自适应滤波器结构22-24
• 2.2.2 自适应滤波算法24-28
• 2.3 本章小结28-29
• 3 FXLMS算法的优化设计及其次级通道建摸与仿真29-40
• 3.1 影响FXLMS算法性能的因素分析29
• 3.2 FXLMS算法的优化设计29-31
• 3.3 次级通道对有源降噪系统性能影响因素分析31-34
• 3.4 次级通道建模方法34-35
• 3.4.1 离线建模方法34-35
• 3.4.2 在线建模方法35
• 3.5 基于优化设计的FXLMS算法的次级通道建模与仿真35-39
• 3.5.1 基于优化设计的FXLMS算法的次级通道建模35-36
• 3.5.2 次级通道仿真36-39
• 3.6 本章小结39-40
• 4 自适应有源降噪系统设计40-51
• 4.1 自适应有源降噪控制系统40-42
• 4.1.1 自适应有源降噪控制系统原理40-41
• 4.1.2 自适应有源降噪控制系统分类41-42
• 4.2 自适应有源降噪系统硬件设计42-44
• 4.2.1 数字信号处理电路42-43
• 4.2.2 外围电路43-44
• 4.3 自适应有源降噪系统软件设计44-49
• 4.3.1 DSP芯片程序设计流程44-45
• 4.3.2 DSP芯片程序设计45-49
• 4.4 本章小结49-51
• 5 实验及结果分析51-59
• 5.1 实验平台51
• 5.2 单频消音能力测试51-55
• 5.2.1 测试1kHz正弦信号的消音能力51-52
• 5.2.2 相关性试验52-55
• 5.3 250除尘器噪声分析及降噪55-58
• 5.3.1 KCS250矿用湿式除尘器噪声分析55-57
• 5.3.2 对KCS250矿用湿式除尘器进行降噪57-58
• 5.4 本章小结58-59
• 6 结论与展望59-61
• 6.1 结论59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-66
• 致谢66-67
• 攻读硕士学位期间所发表论文67

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本文编号：850491