بررسی و بهینه سازی و شبیه سازی سیستم کنترل فعال نویز تک کاناله

توضیحات

بررسی و بهینه سازی و شبیه سازی سیستم کنترل فعال نویز تک کاناله
فرمت فایل:PDF
تعداد صفحه:202
چکیده :
سیستم کنترل فعال نویز یا Active Noise Control) ANC) یک تکنولوژی جدید در زمینه حذف نویز آکوستیکی فرکانس پایین می باشد. سیستم های ANC جهت تضعیف نویزهای صوتی فرکانس پایین که کنترل آنها با روش های غیرفعال به دلیل طول موج صوتی بلند امکان پذیر نیست، به کار می روند. در این سیستم ها یک سیگنال ضد نویز مشابه با نویز ناخواسته ولی با فاز مخالف آن تولید شده و توسط یک بلندگو در محیط پخش می گردد. از تداخل این دو میدان صوتی، نویز ناخواسته حذف و ناحیه سکوت ایجاد می شود. سیستم های ANC به دو دسته تک کاناله و چند کاناله تقسیم می شوند. در سیستم ANC تک کاناله از یک میکروفن مرجع، یک میکروفن خطا و یک بلندگوی منبع ثانویه و در سیستم ANC چند کاناله از چند میکروفن مرجع، چند میکروفن خطا و چند بلندگوی منبع ثانویه استفاده می گردد. ساختار فیلترهای استفاده در سیستم های ANC، ساختار FIR و یا IIR می باشد و سایر ساختارها منشعب از این دو ساختار می باشند. سیستمی که در ANC به کار برده می شود یک سیستم وفقی است تا خود را با تغییر مشخصات نویز ورودی و همچنین تغییر شرایط محیطی حاکم بر میدان صوتی تطبیق دهد. الگوریتم های به کار رفته برای تطبیق ضرایب این فیلترها براساس معیار میانگین مربع خطا (MSE) یا حداقل مربعات (LS) می باشند که الگوریتم های بسیاری از این دو معیار استنتاج می گردد. الگوریتم ها و ساختارها بنا به کاربرد استعمال می شوند و البته هرکدام از ساختارها و الگوریتم ها، مزایا و معایب خاص خود را دارند که بنابه نیاز، ساختار یا الگوریتمی مورد استفاده قرار می گیرد. در این پایان نامه، ابتدا سیستم های ANC را به صورت تئوری مورد مطالعه قرار می دهیم و ساختارهای FIR و IIR و وفقی بررسی می شود و الگوریتم هایی برای بهنگام کردن ضرائب فیلتر مورد استفاده در سیستم ANC معرفی می گردند. سرعت همگرایی ضرائب فیلتر یکی از مهمترین مسائل مورد توجه در سیستم ANC می باشد که الگوریتم هایی برای بهبود سرعت همگرایی موجود می باشد. استفاده از ساختار فیلتر لتیس روشی دیگر برای بهبود سرعت همگرایی با تغییر سیگنال ورودی، به جای تغییر الگوریتم می باشد. در اینجا الگوریتم LMS با فیلتر FIR، الگوریتم NLMS و fxLMS و RLS با فیلتر FIR و لتیس، الگوریتم FSALF و NSALF و VSALF مقایسه می شوند و در بخش پایانی به شبیه سازی ساختارهای ترانسور سال و لتیس با الگوریتم های مطرح شده با نویز ورودی آمبولانس می پردازیم.. نتایج نشان می دهد که ساختار لتیس و الگوریتم های مربوط با توجه به تغییراتی که روی سیگنال ورودی ایجاد می کند (ناهمبسته کردن سیگنال های ورودی) باعث بهبود سرعت همگرایی می گردد.
با گسترش مراکز شهری و صنعتی، آلودگی صوتی به یکی از مهمترین منابع آلودگی محیط زیست تبدیل شده است که برای جلوگیری از اثرات مخرب آن لازم است، به نحوی اصوات مزاحم را در محیط کار کاهش داد. روش معمولی برای کنترل نویز صوتی، استفاده از روشهای غیرفعال مانند قرار دادن دیواره و مانع در مسیر صوت یا بکارگیری جاذب های صدا می باشد. این روشها در فرکانس های بالا تضعیف قابل توجهی دارند. اما در فرکانس های پایین به دلیل بزرگ شدن طول موج صوتی، موثر نمی باشند. برای حذف نویزهای فرکانس پایین توسط روش های غیرفعال، لازم است از جاذب های بسیار حجیم و سنگین استفاده شود که در خیلی از موارد عملی نبوده و بسیار پرهزینه می باشند جهت تضعیف صوت در فرکانس های پایین، از سیستم های کنترل فعال نویز ANC استفاده می شود. کنترل فعال نویز را به نام های ضد نویز و حذف فعال نویز نیز می شناسند و شامل تولید الکتروآکوستیکی یک میدان صوتی به منظور حذف میدان صوتی ناخواسته می باشد. به طور دقیقتر در این سیستم ها برای حذف نویز اصلی، یک سیگنال ضد نویز با دامنه مساوی و اختلاف فاز 28 درجه نسبت به نویز اصلی ایجاد شده و با آن جمع می شود. یک سیستم ساده کنترل فعال نویز شامل عناصر زیر می باشد:
– یک سنسور مرجع (میکروفن)، برای دریافت نویز صوتی ناخواسته.
– یک سیستم کنترلی، الکترونیکی، برای پردازش سیگنال میکروفن مرجع و تولید سیگنال ضد نویز.
– یک منبع ثانویه (بلندگو) که توسط سیگنال ضد نویز تحریک می شود تا میدان صوتی ضد نویز را تولید کند.
– یک سنسور خطا جهت فراهم کردن اطلاعات از میزان نویز صوتی و ارسال آن به پردازنده به طوری که پردازنده بتواند همواره در جهت حداقل شدن نویز صوتی تنظیم شود.
سیستمی که شرح داده شد، تحت عنوان سیستم وفقی نیز شناخته می شود زیرا قادر است خود را با تغییر مشخصات نویز ورودی و همچنین تغییر شرایط محیطی حاکم بر میدان صوتی تطبیق دهد. ساده ترین سیستم ANC تنها از بلندگوی ثانویه و یک میکروفن خطا استفاده می کند. اینگونه سیستم ها را تک کاناله می گویند. در عمل از سیستم های چند کاناله که شامل تعدادی میکروفن و بلندگو می باشند، نیز استفاده می شود. استفاده از سیستم های کنترل فعال نویز در صنعت به صورت روزافزونی در حال گسترش است. هم اکنون سیستم هایی برای کاهش نویز پروانه هواپیما و همچنین نویز فرکانس پایین پنکه که از داخل یک لوله عبور می کند، طراحی و نصب شده اند. علاوه بر این در کارخانه های اتومبیل سازی، تحقیقات زیادی برای اعمال تکنولوژی کنترل فعال نویز در داخل کابین اتومبیل برای کاهش صدای جاده و موتور در حال انجام است. اگرچه شرکت ها و دانشگاه های زیادی در حال حاضر مشغول تحقیق و توسعه کاربردهای ANC هستند اما فقط تعداد کمی از این کاربردها واقعا به مرحله عملی و تجاری رسیده اند که عبارتند از:
– نویز tonal فرکانس پایین، مربوط به پروانه های متوسط هواپیما.
– گوشی های فعال که نویز فرکانس پایین را در گوش حذف می کنند.
– نویز کابین هلیکوپتر.
– سیستم های تهویه هوا در محیط های صنعتی و ساختمان های اداری بزرگ.
– نویز اگزوز و دیزل ها و اتوبوس ها در محیط های ایستان.
– ایزولاسیون ارتعالش موتور اتومبیل.
و...