الگوریتم حداقل میانگین مربعات چند مرحله ای و كاربرد آن در كنترل فعال نویز
توضیحات
الگوریتم حداقل میانگین مربعات چند مرحله ای و كاربرد آن در كنترل فعال نویز
فرمت فایل:PDF
تعداد صفحه:127
فهرست مطالب :
مقدمه 1
فصل 1: آشنايي با كنترل فعال نويز 8
1-1 كنترل فعال نويز 8
2-1 نويزهاي باند پهن و باند باريك 11
3-1 راهكارهاي كنترل فعال نويز 11
4-1 كنترل فعال نويزهاي باند باريك 15
5-1 كنترل فعال نويز چند كاناله 16
18 LMS فصل 2: فيلترهاي وفقي و الگوريتم
1-2 فيلتر هاي وفقي 18
22 MSE 2-2 معيار عملكرد
3-2 روش تندترين شيب 26
28 LMS 4-2 الگوريتم
29 LMS 5-2 پايداري الگوريتم
30 LMS 1-5-2 اثبات پايداري الگوريتم
2-5-2 محاسبه محدوده پايداري 31
به روش لياپانف 32 LMS 3-5-2 تحليل پايداري الگوريتم
35 MSLMS فصل 3: الگوريتم
1-3 اصول حاكم بر الگوريتم پيشنهادي 35
2-3 الگوريتم حداقل ميانگين مربعات چند مرحله اي 39
44 MSLMS 3-3 پايداري الگوريتم
50 MSLMS و LMS 4-3 مقايسه سرعت همگرايي در الگوريت مهاي
فهرست مطالب
عنوان صفحه
54 MSFXLMS و FXLMS فصل 4: الگوريتم هاي
1-4 مسير ثانويه 54
با راهكار پيشرو 56 ANC در FXLMS 2-4 الگوريتم
58 μ 3-4 انتخاب اندازه پله
4-4 شناسايي مسير ثانويه 59
61 MSLMS و FXLMS 5-4 تركيب الگوريتم هاي
نوع اول 63 MSFXLMS 1-5-4 الگوريتم
نوع دوم 65 MSFXLMS 2-5-4 الگوريتم
نوع سوم 66 MSFXLMS 3-5-4 الگوريتم
نوع چهارم 68 MSFXLMS 4-5-4 الگوريتم
فصل 5: شبيه سازي كامپيوتري 70
1 مشخصات مدل فرايند 70 -5
71 MSLMS و LMS مبتني بر ANC 2 شبيه سازي سيستم هاي -5
80 MSFXLMS و FXLMS مبتني بر ANC 3 شبيه سازي سيستم هاي -5
فصل 6: نتيجه گيري و پيشنهادها 92
1-6 نتيجه گيري پژوهش 92
2-6 پيشنهادها 94
پيوست 96
الف- فاز پاسخ فركانسي فيلترهاي وفقي 96
ب- تأثير درجه فيلترهاي وفقي 97
ج- تأثير اندازه پله 102
فهرست منابع 105
چکیده :
كنترل فعال نويز از جمله شيوه هاي رايج در كاهش نويزهاي صوتي است. در اين پايان نامه پس از بررسي
روشهاي رايج كنترل فعال نويز، الگوريتم جديدي با عنوان الگوريتم حداقل ميانگين مربعات چند مرحل هاي
براي استفاده در كنترل كننده هاي فعال نويز پيشنهاد گرديد كه نوع توسعه يافته اي از الگوريتم شناخته شده
حداقل ميانگين مربعات است. پس از بررسي اصول و مباني الگوريتم پيشنهادي، روابط رياضي حاكم بر
عملكرد اين الگوريتم مورد تحليل و استنتاج قرار گرفت. سپس با توجه به اهميت اساسي مبحث پايداري اين
الگوريتم ها، موضوع پايداري الگوريتم پيشنهادي بررسي شد و پايداري آن بر اساس روش لياپانف به اثبات
رسيد. در مرحله بعد سرعت همگرايي الگوريتم پيشنهادي و الگوريتم حداقل ميانگين مربعات مقايسه شد و
به صورت تحليلي شرايط لازم براي سرعت همگرايي بيشتر الگوريتم پيشنهادي استخراج گرديد. تعميم
الگوريتم پيشنهادي براي سيست مهاي كنترل فعال نويز داراي مسير ثانويه قابل توجه، موضوع بعدي مورد
بررسي در اين تحقيق بود كه ساختارهاي متفاوتي براي آن ارائه شد. در مرحله نهايي با استفاده از
شبيه سازي كامپيوتري عملكرد انواع سيست مهاي مورد بررسي در شرايط متفاوت تحت ارزيابي قرار گرفت.
نتايج شبيه سازي كامپيوتري مبين عملكرد بهتر الگوريتم پيشنهادي نسبت به الگوريتم حداقل ميانگين
مربعات براي استفاده در سيستم هاي كنترل فعال نويز است، اما در مورد نوع تعميم يافته الگوريتم پيشنهادي
براي سيستم هاي كنترل فعال نويز داراي مسير ثانويه قابل توجه، چنين نتيج هاي حاصل نگرديد.
وجود سر و صداي ناخواسته در جوامع شهري و صنعتي جلوه ديگري از آلودگيهاي زيست محيطي است كه
تاثير آزار دهنده در محيط كار و زندگي افراد دارد.
از اين نوع آلاينده ها كه با بسياري از صنايع مرتبط است با عنوان نويزهاي صوتي ياد مي شود. اين آلايش ها
اگر به شكل مناسب كنترل نشوند مي توانند عوارض متعددي را براي افراد حاضر در محيط پديد آورند. دو
عارضه مستقيم براي نويز صوتي ذكر شده است، عارضه اول آن است كه نويز صوتي در كوتاه مدت موجب
خستگي ذهني شنونده مي شود و تمركز او را كاهش م يدهد كه اين امر اغلب موجب تاثير گذاري بر عملكرد
افراد، پريشاني و حواس پرتي ايشان مي گردد. عارضه دوم كه تنها در اثر قرار گرفتن دراز مدت در محيط
داراي نويز صوتي با دامنه بالا بوجود مي آيد كاهش قدرت شنوايي افراد را بدنبال خواهد داشت. براي كنترل
نويز صوتي دو روش كلي مورد استفاده قرار مي گيرد كه از آنها با عناوين كنترل غير فعال 1 و كنترل فعال
ياد مي شود. (ANC) نويز 2
ايده كنترل غير فعال، روش سنتي براي كنترل و كاهش نويز صوتي مي باشد. در اين روش محفظه، مانع و
مواد جاذب صوت براي كاهش نويز ناخواسته بكار گرفته مي شود. مواد جاذب صوت غير فعال معمولا در
اگزوزهاي موتورهاي احتراق داخلي كاربرد دارد. در حاليكه عاي قهاي صوتي مقاومتي بيشتر در فن داخل لوله
استفاده مي شود. مواد جاذب صوت، تضعيف صوت قابل توجهي در محدوده فركانسي بالاي 500 هرتز ايجاد
مي نمايند و در فركانس هاي پائين قابليت خود را از دست مي دهد. در عمل ثابت شده است كه ضخامت عايق
صوتي كه بايد استفاده شود با طول موج صوت حذف شونده داراي نسبت مستقيم است.
Passive Noise Control
Active Noise Control
در فركانس هاي پائين بدليل بلند بودن طول موج هاي صوتي، استفاده از محفظه هاي سنگين، مواد جاذب
صوت ضخيم و حجيم و خفه كننده هاي بزرگ جهت كنترل نويز ضروري مي باشد. در نتيجه كاربرد كنترل
كننده هاي غير فعال نويز پرهزينه، حجيم ، مشكل و غير موثر است.
در روش كنترل فعال نويز برخلاف روش كنترل غير فعال سعي نمي شود كه با استفاده از مواد جاذب، نويز
تضعيف گردد بلكه هدف آن است كه نويز صوتي ديگري با همان دامنه و فركانس نويز اصلي اما با فاز مخالف
ايجاد شود تا در اثر تركيب آن با نويز اوليه، نويز صوتي حذف شده و يا حداقل تا حد قابل ملاحظه اي
تضعيف گردد.
.[LEU در سال 1936 ميلادي اختراع شد و به ثبت رسيد [ 36 Paul Leug روش كنترل فعال نويز توسط
اولين بار سيستم كنترل فعال نويز بر روي يك لوله 1 كه از نظر صوتي داراي ساده ترين مدل مي باشد پياده
شد. اين پياده سازي اولين گام در جهت رسيدن به سيست مهاي عملي امروز بود. در اين آزمايش با فرستادن
يك سيگنال مزاحم يا نويز از ابتداي لوله و پخش سيگنالي ديگر با همان دامنه و فركانس نويز اصلي با فاز
مخالف از طريق يك بلندگو كه باز هم در ابتداي لوله نصب شده است سعي بركاهش نويز و حداقل نمودن
خطا با استفاده از سيگنال دريافتي از ميكروفن خطا در انتهاي لوله مي باشد. اين سيستم يكي از سيستم هاي
عملي و ساده در آزمايشگاهها براي آزمون روش كنترل فعال نويز است.
بسياري از فرآيندهاي تجاري و صنعتي كه از نزديك با افراد ارتباط دارند آلودگي بالايي از لحاظ شنيداري
ايجاد مي كنند و اين موضوع از جمله نكاتي مي باشد كه موجب گستردگي توجه به كاربرد سيستم هاي كنترل
شده است. بسياري از صنايع، كارخانجات، سيست مهاي حمل و نقل و... در عمل با (ANC) فعال نويز صوتي
آلودگي بسياري همراه هستند و به همين دليل تامين سلامتي افرادي كه با اين سيستم ها سروكار دارند يكي
از اهداف كنترل فعال نويز است.
كاربردهاي زيادي در صنعت دارند كه از آن جمله به كاربرد آن در (ANC) سيستم هاي كنترل فعال نويز
صنايع حمل و نقل و وسايل نقليه شامل اتومبيل، وانت، كاميون، صنايع خودروهاي زميني، خودروهاي
Duct
نظامي، هواپيما (بخصوص نوع ملخي آن)، هليكوپتر اشاره كرد. همچنين در ساير كاربردهاي صنعتي نظير
كانال ها و دستگاههاي تهويه هوا، فن ها، كانا لهاي هواي صنعتي، دودكش ها، ترانسفورماتورها، كمپرسورها،
پمپ ها، تونل هاي باد، يخچال، ماشين لباسشويي، جاروبرقي، كوره ها، رطوبت گيرها، كابين هاي اداري،
.[KUO96b] ناحيه هاي آرام (ايزوله) بلحاظ صدا، گوش يهاي محافظ و گوشي تلفن مي توان اشاره كرد
و محدوديتهاي موجود براي كاربرد آنها در حال و ANC توضيحات بيشتر در مورد كاربردهاي سيستم هاي
ارائه گرديده است. [HAN آينده در [ 04
تك كاناله در صنايع مورد نظر، به عنوان خفه كنند ههاي الكترونيكي 1 براي ANC معمولاً سيستم هاي
چند ANC سيستم هاي اگزوز، سيستم هاي موتورهاي القايي و غيره استفاده مي شود. در مقابل سيستم هاي
كاناله در صنايع مورد نظر، درون بخشي از وسيله نقليه يا هواپيما و... كه سرنشينان قرار دارند، كابين خلبان
هليكوپتر، هواپيما، كابين اپراتور تجهيزات سنگين يا مكان هايي كه موتورهاي سنگين قرار دارد
نصب مي گردند.
از آنجائيكه مشخصه هاي نويز صوتي متغير با زمان است، دامنه، فاز نويز نامطلوب غير ايستان مي باشد،
بنابراين بايد نويز صوتي توليد شده با فاز مخالف با نويز صوتي اصلي تطبيق يابد. به تعبير ديگر بمنظور
تضعيف نويز صوتي و كاهش خطا به ميزان زياد در عين حفظ پايداري زماني مي بايستي سيستم حذف كننده
نويز صوتي تطبيقي و در نتيجه ديجيتال باشد. نوين بودن كنترل فعال نويز در صنعت نيز نه بدليل جديد
بودن روش آن، بلكه به لحاظ جديد بودن نحوه پياده سازي آن در صنعت مي باشد. زيرا با پيشرفت صنعت
الكترونيك و توسعه سيستم هاي ديجيتال، راه براي پياده سازي اين قبيل سيستم ها بوجود آمد. البته در ابتدا
كه سيستم هاي ديجيتال داراي سرعت پردازش قابل توجهي نبودند، پردازش سيگنا لهاي صوتي با نرخ نمونه
برداري پائين چندان قابل انجام نبود ولي امروزه با عرضه ريز پردازند ههاي ديجيتال قدرتمند و ارزان قيمت،
نمونه برداري با نرخ بالا امكانپذير شده است. همچنين بمنظور پياده سازي روش هاي رايج كنترل فعال نويز
مجموعه اي از فيلترهاي تطبيقي ديجيتال به عنوان كنترل كننده مورد استفاده قرار مي گيرد.
و...