基于FbLMS算法的家用空调室内机ANC系统的研究与应用

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为了提高人们生活及工作的舒适度,家用空调器得到了广泛的使用。然而,空调室内机引起的噪声问题也引起了越来越多的关注。频繁暴露于噪声环境中,不但对人们的工作和生活造成一定的干扰,还会极大地危害身体健康。被动噪声控制能去除大部分的中高频噪声,但无法有效消除对人们健康危害更大的低频噪声。主动噪声控制(Active Noise Control,ANC)技术的问世弥补了这一缺憾,能对低频噪声进行有效地抑制。因此,针对家用空调室内机噪声的主动控制,本文进行了相关研究。首先,本文对ANC的基本理论进行了相关研究,并对基本的自适应主动降噪算法进行了推导和分析。重点研究了反馈型主动噪声控制系统的特性,并对其基本算法进行了理论推导和分析,得出反馈型ANC系统及其反馈型最小均方(Feedback Least Mean Square,FbLMS)算法能够较好的消除声反馈问题。此外,对ANC系统中的次级通道问题及对其建模的必要性也进行了相关研究。其次,通过对家用空调室内机噪声的实际测量与分析,得出了其低频、窄带以及具有周期性的特点。根据对噪声特性、ANC系统特点以及本课题实际运用场合的分析,确定了采用反馈型ANC系统及其FbLMS算法。同时,针对该算法现有基本结构的不足,提出对家用空调室内机ANC系统采用主通道与次级通道同步变步长算法。通过利用Matlab进行建模仿真,验证了改进后的算法在收敛速度、建模精度以及降噪性能上取得了较好的效果。最后,在对改进后的FbLMS算法的研究基础上,搭建空调室内机的ANC系统硬件平台。利用FPGA作为ANC系统控制器,并通过Verilog硬件描述语言对该算法进行了硬件实现。实验结果表明,改进后的FbLMS算法能够使得所设计的ANC系统对家用空调室内机的风机噪声进行有效抑制,最大降噪量可以达到15dB。
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