有源噪聲與振動控制——原理、算法及實現

前言

本書以管道噪聲為對象和背景，重點介紹有源噪聲控制算法。全書共分8章，第1章介紹了有源噪聲控制的基本原理及發展歷程。第2章概述了經典的有源噪聲控制算法。第3章及第4章研究了針對重複性和周期性噪聲的疊代學習控制及重複控制算法。第5章給出了隨機性脈衝噪聲的有源控制算法。第6章介紹了時變系統的有源噪聲控制算法。第7章介紹了基於神經網路的非線性系統的有源噪聲控制算法。第8章以管道噪聲為被控對象，對第3～7章所介紹的各種算法進行了仿真及實驗分析，給出了仿真及實驗結果。本書可供從事噪聲與振動控制、信號處理及相關研究和開發的教師、研究生及工程技術人員參考。

有源噪聲控制是得到廣泛關注的研究領域。其基本原理是基於聲波的相消干涉原理，通過引入可控的次級聲源，並控制次級聲源使其輸出和來自主噪聲源的噪聲發生干涉，進而達到降低噪聲水平的目的。有源噪聲控制的出現是為了彌補無源控制方法的不足，傳統無源噪聲控制方法採用吸聲和隔聲等手段，對中高頻噪聲比較有效，而對低頻噪聲的控制需要龐大的裝置，一般難以實現。於是有源噪聲控制技術應運而生。從理論上說，有源噪聲控制在低頻範圍內可以達到很高的降噪量，同時可以使整個系統體積很小，便於設計和控制，具有很大的優越性。
20世紀80年代初，隨著數位訊號處理理論和技術的逐步成熟，基於自適應濾波理論的有源噪聲控制技術開始起步並迅速發展。尤其是1981年Morgan等人提出了獲得廣泛套用的FXLMS算法，有效解決了由於次路徑所引起的系統不穩定問題，開創了自適應有源噪聲控制的先河。至此，有源噪聲控制的研究正式進入了蓬勃發展時期。國內外有多家科研機構從事這方面的研究工作，其中有源消聲耳機、空調管道有源消聲和振動的有源隔離等技術已經在工程中得到套用。
本書以管道噪聲為對象和背景，重點介紹有源噪聲控制算法。本書共分8章，第1章介紹了有源噪聲控制的基本原理及發展歷程，概述了有源噪聲控制系統的基本結構，並對管道聲場的基本特性進行了簡要分析。第2章概述了經典的有源噪聲控制算法。內容包括自適應濾波器的基本結構、次路徑建模方法、經典的FXLMS算法以及各種改進的FXLMS算法。第3章研究了重複性噪聲的有源控制算法——疊代學習控制算法。根據系統的漸近穩定及單調收斂條件，推導出適用於非最小相位ANC系統的疊代學習濾波器設計算法——基於約束最佳化的非因果穩定逆求解算法。第4章研究了周期性噪聲的有源控制算法——重複控制算法。首先分析了基於重複控制算法的ANC系統的穩定條件，並根據穩定條件，設計了重複控制算法的非因果學習濾波器。第5章給出了隨機性脈衝噪聲的有源控制算法，脈衝噪聲控制是有源噪聲控制領域的一個研究熱點。本章首先介紹了脈衝噪聲的特性及建模方法，詳細分析了現有的隨機性脈衝噪聲的有源控制算法。在此基礎上，提出了通用步長歸一化算法，進一步簡化了算法的設計及實現流程。第6章介紹了時變系統的有源噪聲控制算法。主要包括次路徑線上辨識算法、基於SPSA的無模型算法及基於FFT的無模型疊代學習控制算法，以適應ANC系統次路徑時變的情況。第7章介紹了基於神經網路的非線性系統的有源噪聲控制算法，其中包括參考及誤差信號濾波的BP神經網路算法、函式連結型神經網路算法及自適應遞歸模糊神經網路算法.
本書的內容以作者在該領域10餘年的科研積累為主，同時廣泛參考了國內外同行的研究成果。書中引用時已做了相應標註，在此向各位作者表示感謝。作者10餘年的研究工作先後得到了北京市教委科技發展計畫項目、北京市教委骨幹教師項目和北京市優秀人才項目等的持續支持。本書的出版得到了北京市屬高等學校人才強教深化計畫——模式識別與智慧型系統學術創新團隊項目的經費資助，在此一併表示感謝。
本書由北京信息科技大學周亞麗和張奇志著寫。雖然作者進行了反覆修改，但因為水平限制，存在錯誤在所難免。歡迎讀者批評指正。

有源噪聲與振動控制——原理、算法及實現

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