Математические модели и методы анализа и синтеза средств активного управления акустическими полями

• Автор: Семенцов, Станислав Григорьевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 270 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1 ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЧЕЛОВЕКА КАК ОБЪЕКТА АКУСТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ.

1.1 Анализ источников транспортных и промышленных шумов.

1.2 Психоакустическая характеристика человека как объекта защиты

1.2.1 Мстамодель реакции человека на интенсивные низкочастотные акустические воздействия.

1.3 Обобщенные критерии реализации систем активного управления акустическими полями

1.4 Ограничения используемых моделей управления.

ГЛАВА 2 МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ ДЛЯ СИСТЕМ АКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИМИ ПОЛЯМИ.

2.1 Методы моделирования передаточных функций объекта управления

2.1.1 Аналитическое решение.

2.1.2 Т расссрные методы
2.1.3 Рсверберационный анализ.
2.1.4 Конечноэлементный анализ
2.2 Синтез отклика моделей объекта управления для пространственных систем
2.3 Синтез отклика модели объекта управления для одномерных систем
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПОСТРОЕНИЯ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИМИ ПОЛЯМИ
3.1 Методы формализации и оценка адекватности предложенных моделей
3.1.1 Методы формализации моделей передаточных функций
3.1.2 Онлайн идентификация как метод формирования адекватной модели.
3.1.3 Оценка адекватности предложенных моделей
3.2 Решение задачи локального гашения пространственных акустических полей
3.2.1 Теоретическое решение задачи активного гашения пространственных акустических полей
3.2.2 Анализ применимости одномерных систем для гашения пространственных акустических полей
3.3 Синтез моделей элементов систем управления акустическими полями.
3.3.1 Синтез моделей регистрирующих и излучающих элементов
3.3.2 Синтез моделей аналогоцифровых и цифроаналоговых преобразователей.
3.4 Модели управляющих структур для одномерных систем гашения шума в помещении и систем индивидуальной защиты.
ГЛАВА 4 АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ АЛГОРИТМОВ СИСТЕМ АКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИМИ ПОЛЯМИ.
4.1 Управляющие алгоритмы систем с управлением по возмущению
4.1.1 Алгоритм наименьших средних квадратов.
4.1.2 Адаптивный алгоритм с фильтрацией опорного сигнала
4.1.3 Модифицированный алгоритм с фильтрацией опорного сигнала
4.1.4 Алгоритм наименьших средних квадратов с фильтрацией ошибки
4.1.5 Алгоритм наименьших средних квадратов с утечкой.
4.2 Управляющие алгоритмы систем с управлением по отклонению
4.2.1 Управляющий алгоритм с модификацией ошибки
4.3 Анализ результатов моделирования управляющих алгоритмов.
ГЛАВА 5 СТРУКТУРНОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ АППАРАТНОПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ АКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИМИ ПОЛЯМИ
5.1 Выбор структуры цифровых фильтров и архитектуры сигнального процессора
5.2 Аналоговые фильтры в составе преобразователей.
5.3. Аналогоцифровые и цифроаналоговые преобразователи
5.4 Построение блока регистрирующих и излучающих элементов
5.5 Предложения по составу программного обеспечения адаптивных систем.
5.6 Эффекты конечной разрядности в адаптивных системах
5.7 Схема взаимодействия аппаратных и программных средств САГ.
ГЛАВА б ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ АКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИМИ ПОЛЯМИ НА МОДЕЛЯХ И НАТУРНЫХ ОБЪЕКТАХ
6.1 Структурнофункциональное построение экспериментальных установок исследования систем активного управления акустическими полями.
6.1.1 Искусственное ухо как модель объекта управления для систем индивидуальной защиты.
6.2 Экспериментальные исследования системы индивидуальной защиты.
6.3 Экспериментальные исследования системы коллективной защиты.
6.4 Экспериментальные исследования системы гашения шума медицинского оборудования
6.5 Экспериментальные исследования системы гашения шума асинхронных двигателей
6.6 Экспериментальные исследования системы снижения шума в волноводе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список используемой литературы


По ряду алгоритмических, конструктивнотехнологических и структурных признаков могут быть предложены обобщенные критерии реализации систем активного управления акустическими полями рисунок 1. Рисунок 1. По критерию размерности системы активного гашения можно словно разделить на одномерные и многомерные. Одномерные системы могул иметь несколько контуров настройки и несколько исполнительных элементов, но в них сохраняется критерий односвязности, т. В многомерных системах каналы связаны между собой и настройка системы осуществляется по нескольким критериям, учитывающим, в том числе и характер связи. При переходе от одномерных к пространственным СЛГ порядок системы возрастает, что приводит к увеличению сложности и снижению е наджности при реализации традиционными способами. Выполнить же обработку информационных массивов для системы гашения случайного шума с числом каналов более двух в реальном времени оказывается возможным только с использованием процедур распараллеливания вычислений. Многомерные системы сложны в анализе и реализации и, несмотря на то, что в последние годы это класс систем бурно развивается например, с использованием нейросетевого базиса, далее рассматриваются только одномерные системы. Одномерные системы в свою очередь по целевой группе можно разделить на системы коллективной пространственные системы и индивидуальной защиты СИЗ рисунок 1. САГатусппсоэтхшукооа гамсииоах, СЮтссамрш т вауппшм i. СЮ грсоола обита з. СигшыеСЮ аял иофскоги . Рисунок 1. Это деление в некоторой степени условно, поскольку, как будет показано далее, даже в случае систем коллективной защиты распределение защищаемых областей носит локальный характер. В данном случае определяющим фактором является характер объекта управления, т. Системы коллективной защиты имеют дело с трехмерными акустическими полями, системы же индивидуальной защиты с плоскими волнами внутри головных телефонов. Исходя из этого критерия, можно выделить три типа систем системы снижения шума в помещениях, системы снижения шума в волноводах и системы индивидуальной защиты. По характеру управления акустическим полем системы можно разделить на два основных класса неадаптивные классические системы и адаптивные системы активного гашения АСЛГ. Блоки управления адаптивных и неадаптивных систем реализуются с использованием различных физикоматематических моделей. В зависимости от используемой модели управления САГ можно разбить на два класса САГ с управлением по возмущению и САГ с управлением по отклонению. Основное отличие заключается в том, что при использовании метода управления по возмущению внешнее поле может быть сведено к нулю, при управлении же по отклонению внешнее поле никогда не равно нулю. При этом для САГ с управлением по возмущению управляющие воздействия определяются на основе текущей информации о состоянии исходного поля, а для САГ с управлением но отклонению на основе информации о характеристиках скомпенсированного ноля, в остальном их аппаратная реализация во многом схожа, однако алгоритмы программная реализация работы различны. Более подробный анализ структур с управлением по возмущению и отклонению, а также алгоритмов их работы проводится в главе 4. В зависимости от способа реализации, с точки зрения теории управления, все адаптивные САГ можно разделить на два класса разомкнутые и замкнутые рисунок 1. Рисунок. Н0, после чего производится соответствующая настройка регулятора с помощью устройства адаптации. АСАГ данного класса достаточно просты, однако требуют большого количества априорной информации в идеале необходимо точное знание функции Грина среды распространения. На основе априорной информации о характеристиках объекта управления, который представляет собой совокупность компенсирующих излучателей, приемных и контрольных измерителен и расположенной между ними среды или конструкции, сигналах исходного и результирующего полей рассчитываются такие параметры блока управления, которые минимизируют некоторый функционал управления мощность результирующего ноля. Вследствие использования при проектировании АСАГ с разомкнутым контуром управления более полной априорной информации они превосходят по эффективности неадаптивные САГ.