一种基于虚拟误差传感的风机有源噪声控制系统及方法与流程

1.本发明涉及风机有源噪声控制技术领域，更具体地说是基于虚拟误差传感的风机有源噪声控制系统及方法。


背景技术：

2.风机是对气体压缩和气体输送的机械简称，一般风机的结构包括机壳和内部结构。机壳一般连接的是管道，而管道是风机压缩或输送气体的必要结构；风机内部结构主要包含叶轮片、支架、联轴器、传动系统、动力系统等。风机应用领域广泛，常见的比如冶金，电力，船舶，城市轨道交通，室内通风换气系统等。以气体为介质，能将机械能传递给气体，提高气体的压力并抽吸或压送气体的机械称为风机。
3.随着引进技术的不断消化与完善，近年来中国风机行业已研制一系列高效新型风机，风机的产品性能越来越成熟，产品质量越来越高，但是在风机大力发展的同时，除了追求高效率，高质量，噪声问题也愈来愈凸出。目前风机多采用传统的无源噪声控制技术(被动噪声控制技术)，主要通过材料隔声，结构声学优化等传统方式进行降噪。一方面受到被动噪声控制技术的限制，无法有效的控制低频噪声，另一方面被动噪声控制技术通常会对产品本身的结构和设计进行改动，这对于已经量产或者定型的产品将造成很大的成本损失。
4.通过有源噪声控制技术对风机进行噪声优化，可有效避免以上被动降噪所带来的问题，但有源噪声控制技术需要拾取降噪区域的噪声信号，而风机的内部结构使得电声器件(误差传声器)的安装受到极大的限制。为了解决无源和有源噪声控制技术共同存在的问题，本发明提出基于虚拟误差传感的有源噪声控制系统对风机进行噪声优化，既避免了成本损失，也解决了无法安装误差传声器的限制。


技术实现要素：

5.有源噪声控制是一种利用次级声源产生与噪声幅度相同而相位相反的声波以抵消噪声的技术，然而在实际中，由于风机机壳内部结构条件的限制，直接安装误差传声器是不现实和很难实现的，而且在长期工作过程中会产生器件的老化和易损，因此采用基于虚拟传感技术的风机有源噪声控制系统，用虚拟误差传声器(无实物，根据需求确定虚拟误差传感的位置)代替物理误差传声器(实际的传声器)，主要目的是将物理误差传声器处(距离降噪区域比较远)的“静区”转移到虚拟误差传声器处(降噪区域)。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种基于虚拟误差传感的风机有源噪声控制系统，包括：有源控制器和与有源控制器相连接的次级声源、物理误差传声器、虚拟误差传感、转速参考信号、噪声参考信号，还建立有风机模型以及与风机模型连接的管道，多个所述物理误差传声器安装于风机上，所述风机上均匀分布多个虚拟传感位置，次级声源设置于风机以及管道上。
8.所述有源控制器：主要作用接收物理误差传感器拾取到的输入信号，首先对信号
进行预处理，计算出物理误差传声器到虚拟传感位置处的传递函数，通过传递函数估算出虚拟误差传感位置的信号估计值，然后控制器将虚拟传感处的信号作为输入信号，通过系统自适应算法计算出次级声源的输出信号，得到与噪声信号相等相位相反的次级噪声信号，达到“以声消声”的目的，实现对目标区域的噪声控制；
9.所述次级声源：主要用于回放有源控制器生成的次级噪声信号；
10.所述物理误差传声器：主要通过物理误差传声器拾取到的初级通路建模信号来计算其声传递函数，然后再通过声传递函数对虚拟误差传感位置处的信号进行估值，得到有源控制器的控制输入信号；
11.所述虚拟误差传感：并非真实的误差传感器，主要表示目标噪声控制区域的输入信号位置，用于目标区域噪声的信号估值和位置确定；
12.所述转速参考信号：主要用于采集风机传动系统转速信号，作为噪声控制的转速参考信号；
13.所述噪声参考信号：主要用于采集目标控制区域噪声信号，作为噪声控制的声参考信号。
14.优选的，物理误差传声器和虚拟传感的位置以环绕方式布放在控制区域附近，即多个所述物理误差传声器安装于风机侧面，所述风机侧面均匀分布多个虚拟传感位置。
15.优选的，所述次级声源设置于风机的机壳上以及附近的管道上。
16.一种基于虚拟误差传感的风机有源噪声控制方法，先通过物理误差传声器采集初级噪声信号，计算初级噪声到物理误差传声器的声传递函数，然后将物理误差传声器处的信号作为输入，虚拟误差传感处的信号作为输出信号，通过有源控制器内置算法估算出物理误差传声器到虚拟误差传感的声传递函数，进而计算出初级噪声到虚拟误差传感的声传递函数，再估算出虚拟误差传感区域的噪声信号，以此作为控制目标，通过有源控制器内置自适应算法进行噪声控制，得到与目标噪声大小相等，相位相反的次级声源信号，再输送给次级声源输出信号，达到以声消声的目的。
17.本发明的技术效果和优点：
18.1.本发明首次将基于虚拟误差传感的有源噪声控制系统应用于风机降噪；
19.2.采用虚拟误差传感技术有效解决了目标区域的传声器安装问题；
20.3.本发明的噪声控制区域为风机内部，物理误差传声器和虚拟传感的位置以环绕方式布放在控制区域附近，空间布局合理，为控制目标提供准
21.确的输入信号；
22.4.本发明的次级声源布放位置包含风机机壳和附近传输管道处，从噪声源头和传输过程均进行噪声控制，优化风机噪声环境，提高产品整体性能；
23.5.本发明基于虚拟误差传感的有源噪声控制系统的参考信号选取了噪声和转速信号，转速信号可以提供精准的频率特性，在加上声参考信号，可以更好的为目标噪声控制提供参考。
附图说明
24.图1为基于虚拟误差传感的有源控制系统硬件组成示意图；
25.图2为基于虚拟传感的风机模型及有源控制系统总布局示意图；
26.图3为基于虚拟误差传感的风机有源噪声控制方法流程图。
27.图中标记：1
‑
物理误差传声器，2
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虚拟传感位置，3
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次级声源，4
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管道， 5
‑
风机模型。
具体实施方式
28.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.目前风机噪声控制主要采用无源噪声控制技术，这对于低频噪声的控制效果作用很小，而且对风机产品本身的结构和效率会产生较大影响，同时会对企业带来较大的成本损耗。本发明在有源噪声控制技术的基础上，结合虚拟误差传感技术针对风机噪声进行控制和优化，在不影响产品性能和成本的情况下，降低产品噪声，进一步提升产品的综合实力。
30.实施例1
31.如图1所示的一种基于虚拟误差传感的风机有源噪声控制系统，包括：有源控制器和与有源控制器相连接的次级声源、物理误差传声器、虚拟误差传感、转速参考信号、噪声参考信号，还建立有风机模型以及与风机模型连接的管道，多个所述物理误差传声器安装于风机上，所述风机上均匀分布多个虚拟传感位置，次级声源设置于风机以及管道上。
32.所述有源控制器：主要作用接收物理误差传感器拾取到的输入信号，首先对信号进行预处理，计算出物理误差传声器到虚拟传感位置处的传递函数，通过传递函数估算出虚拟误差传感位置的信号估计值，然后控制器将虚拟传感处的信号作为输入信号，通过系统自适应算法计算出次级声源的输出信号，得到与噪声信号相等相位相反的次级噪声信号，达到“以声消声”的目的，实现对目标区域的噪声控制；
33.所述次级声源：主要用于回放有源控制器生成的次级噪声信号；
34.所述物理误差传声器：主要通过物理误差传声器拾取到的初级通路建模信号来计算其声传递函数，然后再通过声传递函数对虚拟误差传感位置处的信号进行估值，得到有源控制器的控制输入信号；
35.所述虚拟误差传感：并非真实的误差传感器，主要表示目标噪声控制区域的输入信号位置，用于目标区域噪声的信号估值和位置确定；
36.所述转速参考信号：主要用于采集风机传动系统转速信号，作为噪声控制的转速参考信号；
37.所述噪声参考信号：主要用于采集目标控制区域噪声信号，作为噪声控制的声参考信号。
38.实施例2
39.如图2所示，物理误差传声器1和虚拟传感的位置以环绕方式布放在控制区域附近，即多个所述物理误差传声器安装于风机侧面，所述风机侧面均匀分布多个虚拟传感位置。所述次级声源设置于风机的机壳上以及附近的管道上。
40.本系统不仅限于图2所示的风机管道模型，其他风机类型仍然适用；
41.次级声源和物理误差传声器在风机管道的布放位置和个数仅为实例之一，并不仅限于图2所示的位置和个数；
42.参考信号首次采用转速和噪声的组合型参考信号，但并不仅限于转速和噪声；
43.虚拟误差传感的位置和数量仅为实例之一，并不仅限于图2所示的位置和数量。
44.实施例3
45.如图3所示，一种基于虚拟误差传感的风机有源噪声控制方法，先通过物理误差传声器采集初级噪声信号，计算初级噪声到物理误差传声器的声传递函数，然后将物理误差传声器处的信号作为输入，虚拟误差传感处的信号作为输出信号，通过有源控制器内置算法估算出物理误差传声器到虚拟误差传感的声传递函数，进而计算出初级噪声到虚拟误差传感的声传递函数，再估算出虚拟误差传感区域的噪声信号，以此作为控制目标，通过有源控制器内置自适应算法进行噪声控制，得到与目标噪声大小相等，相位相反的次级声源信号，再输送给次级声源输出信号，达到以声消声的目的。
46.最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连,“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
47.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。