本發(fā)明涉及一種抗干擾自適應(yīng)算法，尤其涉及一種電力變壓器有源噪聲控制自適應(yīng)濾波算法。
背景技術(shù)：
：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和用電需求的增加，大容量電力變壓器深入負(fù)荷中心，導(dǎo)致變電站附近噪聲強(qiáng)度增加，嚴(yán)重影響周邊居民的正常生活。電力系統(tǒng)和變壓器制造業(yè)有必要采取科學(xué)合理的措施，控制變壓器特別是室外變壓器的噪聲。變壓器噪聲的低頻特性使得傳統(tǒng)的被動(dòng)降噪技術(shù)效果不明顯而且價(jià)格昂貴。有源噪聲控制(activenoisecontrol，ANC)技術(shù)是近年獲得廣泛研究的一種主動(dòng)噪聲控制方法，其基本原理是利用次級(jí)聲源產(chǎn)生和原有噪聲頻率相同、振幅相近、相位相反的聲波，使之與原有噪聲相互疊加，以達(dá)到降低空間噪聲的目的。與傳統(tǒng)的無(wú)源技術(shù)相比，有源噪聲控制技術(shù)特別適合控制變壓器噪聲。近年來(lái)，電力變壓器自適應(yīng)有源噪聲控制系統(tǒng)的實(shí)用化設(shè)計(jì)得到了較快的發(fā)展。有源降噪系統(tǒng)的控制器采用自適應(yīng)數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)，其參數(shù)通常采用計(jì)算量小、穩(wěn)定性較好的濾波最小均方(Filtered-xleastmeansquare,FxLMS)算法更新。然而，在對(duì)變壓器有源噪聲控制系統(tǒng)安裝測(cè)試的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，傳聲器測(cè)得的信號(hào)中不僅含有和變壓器噪聲相關(guān)的信號(hào)，還含有與變壓器噪聲不相關(guān)的沖擊性干擾。干擾的存在，使得傳聲器所測(cè)得穩(wěn)態(tài)變壓器噪聲信號(hào)中可能出現(xiàn)沖擊性突變，其時(shí)域表現(xiàn)為平穩(wěn)的變壓器噪聲信號(hào)中突然出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間不等的大樣本值，沖擊性干擾會(huì)導(dǎo)致控制器大幅度偏離已收斂到的狀態(tài)，使控制器不穩(wěn)定甚至發(fā)散，系統(tǒng)的降噪性能下降。所以，通過(guò)算法的改進(jìn)，提高控制器魯棒性是ANC研究的一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明主要解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的電力變壓器有源降噪系統(tǒng)中傳聲器測(cè)量的信號(hào)中含有沖擊性干擾而導(dǎo)致FxLMS算法出現(xiàn)不穩(wěn)定或發(fā)散的問(wèn)題，提供了一種基于語(yǔ)音壓縮μ律函數(shù)的電力變壓器有源噪聲控制的抗干擾自適應(yīng)算法，在保持控制器收斂速度的同時(shí)，提高了控制器的穩(wěn)定性。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：基于語(yǔ)音壓縮μ律函數(shù)的電力變壓器有源噪聲控制抗干擾自適應(yīng)算法，包含以下步驟：步驟1，傳聲器采集與變壓器噪聲相關(guān)的參考信號(hào)，其n時(shí)刻采樣值為x(n)，控制器采用橫向?yàn)V波器建模，m為濾波器的階數(shù)，得到參考信號(hào)相量x(n)：x(n)＝[x(n),x(n-1),…,x(n-m+1)]為不同時(shí)刻的延遲所構(gòu)成的參考信號(hào)相量；步驟2，將各時(shí)刻輸入信號(hào)與控制器相對(duì)應(yīng)的權(quán)系數(shù)相乘，并求和，得到次級(jí)信號(hào)y(n)：y(n)＝w(n)Tx(n)；其中，w(n)為n時(shí)刻控制器權(quán)系數(shù)相量，(n)T為轉(zhuǎn)置；步驟3，次級(jí)信號(hào)y(n)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲波形成次級(jí)聲場(chǎng)，誤差傳感器同時(shí)接收到變壓器初級(jí)噪聲和次級(jí)聲波，形成誤差信號(hào)e(n)，誤差信號(hào)公式為：e(n)＝d(n)-s(n)*y(n)其中，d(n)為誤差傳感器測(cè)得變壓器初級(jí)噪聲；s(n)次級(jí)通道S(z)的脈沖響應(yīng)相量；步驟4，對(duì)參考信號(hào)做歸一化處理得到n時(shí)刻的等效步長(zhǎng)u(n)；步驟5，以誤差信號(hào)語(yǔ)音壓縮μ律函數(shù)變換的均方值作為目標(biāo)函數(shù)，并通過(guò)最小化目標(biāo)函數(shù)來(lái)調(diào)整控制器的權(quán)系數(shù)，得到n時(shí)刻的梯度加權(quán)ψ(n)；步驟6，更新得到n+1時(shí)刻的控制器權(quán)系數(shù)相量；步驟7，重復(fù)步驟1至步驟6，直至控制器權(quán)系數(shù)相量w(n)穩(wěn)定收斂。在上述的基于語(yǔ)音壓縮μ律函數(shù)的電力變壓器有源噪聲控制的抗干擾自適應(yīng)算法，所述步驟5中，目標(biāo)函數(shù)為J(n)：J(n)=E{f2[e(n)]}≈f2[e(n)]f[e(n)]=sign[e(n)]emaxln(1+p|e(n)|/emax)p---(1)]]>式中，E{}為均方算子，sign[.]是符號(hào)函數(shù)，p＞0為壓縮系數(shù)，emax為傳聲器量程的一半；進(jìn)而得到控制器權(quán)系數(shù)向量迭代公式為：ψ(n)=ln(1+p|e(n)|/emax)(1+p|e(n)|/emax)---(3)]]>其中，u(n)為n時(shí)刻迭代步長(zhǎng)，ψ(n)為梯度加權(quán)函數(shù)，反映誤差信號(hào)對(duì)于權(quán)系數(shù)更新的影響，為次級(jí)通道估計(jì)；為保證算法收斂，迭代步長(zhǎng)應(yīng)滿足：0<u(n)<2E{ψ(n)|e(n)|}E{ψ2(n)||x′(n)||2}---(4)]]>其中x′(n)為經(jīng)次級(jí)通道估計(jì)濾波的參考信號(hào)，對(duì)經(jīng)次級(jí)通道估計(jì)的參考信號(hào)做歸一化處理，進(jìn)而獲得等效變步長(zhǎng)公式：u(n)=u~δ+||x′(n)||2---(5)]]>其中，為固定步長(zhǎng)，||x′(n)||2是經(jīng)過(guò)濾波的參考信號(hào)的歐幾里得范數(shù)；δ為常數(shù)，選取大于0的值。以避免||x′(n)||2很小而出現(xiàn)數(shù)值計(jì)算困難的問(wèn)題。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):1.以經(jīng)語(yǔ)音壓縮μ律函數(shù)變換的誤差信號(hào)的均方值作為目標(biāo)函數(shù),可以有效抑制誤差信號(hào)中的沖擊性干擾對(duì)控制器的影響；2.對(duì)參考信號(hào)做歸一化處理進(jìn)而得到等效變步長(zhǎng)公式，可以有效抑制參考信號(hào)中沖擊性干擾對(duì)控制器的不利影響。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的控制系統(tǒng)框圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例涉及的仿真中參考信號(hào)波形圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例涉及的誤差信號(hào)中干擾波形圖。圖4是傳統(tǒng)FxLMS算法和本發(fā)明算法控制器權(quán)系數(shù)誤差werr(n)曲線。圖5是本發(fā)明的方法原理示意圖。具體實(shí)施方式以單通道有源噪聲控制的數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。1.控制系統(tǒng)構(gòu)成：圖2是基于語(yǔ)音壓縮μ律函數(shù)的電力變壓器有源噪聲控制的抗干擾自適應(yīng)算法系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)初級(jí)通道P(z)和次級(jí)通道S(z)分別采用128和256階FIR濾波器進(jìn)行建模，控制器采用128階FIR濾波器，仿真中假定次級(jí)通道辨識(shí)采樣頻率為25kHz。2.算法步驟：步驟1，傳聲器采集與變壓器噪聲相關(guān)的參考信號(hào)，其n時(shí)刻采樣值為x(n)，控制器采用橫向?yàn)V波器建模，m為濾波器的階數(shù)，得到參考信號(hào)相量x(n)：x(n)＝[x(n),x(n-1),…,x(n-m+1)]為不同時(shí)刻的延遲所構(gòu)成的參考信號(hào)相量；步驟2，將各時(shí)刻輸入信號(hào)與控制器相對(duì)應(yīng)的權(quán)系數(shù)相乘，并求和，得到次級(jí)信號(hào)y(n)：y(n)＝w(n)Tx(n)；其中，w(n)為n時(shí)刻控制器權(quán)系數(shù)相量，(n)T為轉(zhuǎn)置；步驟3，次級(jí)信號(hào)y(n)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲波形成次級(jí)聲場(chǎng)，誤差傳感器同時(shí)接收到變壓器初級(jí)噪聲和次級(jí)聲波，形成誤差信號(hào)e(n)，誤差信號(hào)公式為：e(n)＝d(n)-s(n)*y(n)其中，d(n)為誤差傳感器測(cè)得變壓器初級(jí)噪聲；s(n)次級(jí)通道S(z)的脈沖響應(yīng)相量；步驟4，對(duì)參考信號(hào)做歸一化處理得到n時(shí)刻的等效步長(zhǎng)u(n)：u(n)=u~δ+||x′(n)||2---(5)]]>步驟5，以誤差信號(hào)語(yǔ)音壓縮μ律函數(shù)變換的均方值作為目標(biāo)函數(shù)，并通過(guò)最小化目標(biāo)函數(shù)來(lái)調(diào)整控制器的權(quán)系數(shù)，得到n時(shí)刻的梯度加權(quán)ψ(n)：ψ(n)=ln(1+p|e(n)|/emax)(1+p|e(n)|/emax)---(3)]]>步驟6，更新得到n+1時(shí)刻的控制器權(quán)系數(shù)相量；步驟7，重復(fù)步驟1至步驟6，直至控制器權(quán)系數(shù)相量w(n)穩(wěn)定收斂。3.實(shí)驗(yàn)條件：選取基頻100Hz及其諧波模擬變壓器噪聲，并添加一系列持續(xù)時(shí)間不等的大樣本值模擬參考傳感器采集到的沖擊性干擾，圖3為存在沖擊性干擾的參考信號(hào)時(shí)域波形圖。圖4為添加到誤差信號(hào)中的沖擊性干擾。4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果：采用控制器權(quán)系數(shù)相量誤差的歐幾里得范數(shù)評(píng)價(jià)控制器的收斂速度和收斂效果：werr(n)=10log10||wo-w(n)||2||wo||2]]>式中，wo為不存在干擾時(shí)辨識(shí)獲取的最優(yōu)控制器，w(n)為收斂過(guò)程中控制器權(quán)系數(shù)相量。圖5為傳統(tǒng)的FxLMS算法和本發(fā)明算法的控制器權(quán)系數(shù)誤差werr(n)曲線。由圖可知，在參考信號(hào)和誤差信號(hào)中出現(xiàn)沖擊性波動(dòng)時(shí)，采用傳統(tǒng)的FxLMS算法對(duì)控制器進(jìn)行自適應(yīng)更新時(shí)，控制器發(fā)散，而本發(fā)明提出的算法，控制器可以穩(wěn)定的收斂，并保持較快的收斂速度。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3