CN1664727A - 多通道有源控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多通道有源控制器，该多通道有源控制器包括误差信号条件器、数字信号处理器、滤波器、控制信号驱动器和参考信号条件器，来自于多通道有源控制器外的误差传感器的信号依次经过误差信号条件器、数字信号理器、滤波器和控制信号驱动器；外界的参考信号经过参考信号条件输入数字信号处理器；数字信号处理器包括一组模数/数模转换器组、一组实时数据处理芯片和一组后台系数更新数据处理芯片。本发明的多通道有源控制器的通道数可达到10个以上，可同时控制10以上的控制源，操作简便，并且将实时控制信号产生模块和控制系数更新模块分开，既保证了实时性，又兼顾了控制器的跟踪能力。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种有源控制器，尤其涉及一种具有多通道的有源控制器。
二、背景技术
有源控制器广泛运用于噪声与振动控制领域，是有源控制***的重要组成部分。通过有源控制器可以驱动若干个控制源(扬声器或激振器)，使控制源产生和初始噪声与振动相位相互作用的声音或振动，从而达到降低噪声与振动的目的。这种自适应控制器的特点是对于低频噪声与振动具有明显的效果，弥补了传统噪声振动控制在低频效果差的缺点。目前已经实用的有源控制器广泛应用于有源抗噪声耳罩、管道内的有源噪声控制***、飞机和轿车舱内的有源噪声控制***以及变压器单频噪声的有源控制***。
在有源控制的早期研究阶段，有源控制器一般采用由模拟器件搭成的移相反馈控制电路，一般只能在有限的频段起作用，且不能适应环境的变化，对变化的噪声与振动效果较差。近20年，随着现代电子技术、信号处理、控制理论和换能器技术的发展，有源控制器也得到了发展，一般采用数字信号处理芯片构成。目前的有源控制器一般由以下几部分构成：参考信号模块、误差信号模块、信号处理模块、控制信号产生模块、控制设置界面。
现有的有源控制器有很多种，例如澳大利亚考兹***公司生产的5通道EZ-ANC I型有源控制器和10通道的EZ-ANC II型有源控制器，其中EZ-ANC I型有源控制器采用定点数DSP芯片，但已不再生产。EZ-ANC II采用了单片浮点DSP芯片，但是其运算能力有限，无法对10个以上的控制源进行控制。我国也有许多单位在从事有源控制器方面的研究，如西北工业大学、中国科学院声学研究所、东南大学、上海交通大学和海军工程大学等，但是他们制造的有源控制器仅在实验室供科学研究使用，采用的芯片运算能力同样非常有限，通道数在10路以下。因此，现有技术无法使有源控制器的通道数达到10路以上，无法同时对10个以上的控制源进行控制，对噪声与振动的控制能力有限。
三、发明内容
1、发明目的：本发明的目的是提供一种通道数可达到10个以上的多通道、运算能力强的多通道有源控制器。
2、发明内容：为了达到上述的发明目的，本发明的多通道有源控制器包括误差信号条件器、数字信号处理器、滤波器、控制信号驱动器和参考信号条件器，其中，来自于多通道有源控制器外的误差传感器的信号依次经过误差信号条件器、数字信号处理器、滤波器和控制信号驱动器，控制信号驱动器产生驱动信号驱动控制源；来自多通道有源控制器外的参考信号，例如液压泵的转速信号、变压器的电流变化信号等信号经参考信号条件器处理后输入数字信号处理器；数字信号处理器包括一组模数/数模转换器组、一组实时数据处理芯片和一组后台系数更新数据处理芯片，其中模数/数模转换器组分别与实时数据处理芯片连接，实时数据处理芯片与后台系数更新数据处理芯片之间采用并口连接的方式，后台系数更新数据处理芯片的输出端连接至簇状总线。
在数字信号处理器中，模数/数模转换器组可以为4个，实时数据处理芯片和后台系数更新数据处理芯片都为4个，其中4个实时数据处理芯片进行数据的实时处理，4个后台系数更新数据处理芯片对实时数据处理芯片处理后的数据进行后台系数更新；也可以根据实际需要确定模数/数模转换器、实时数据处理芯片和后台系数更新数据处理芯片的个数。
每个模数/数模转换器组由4个模数/数模转换器连接而成，连接的方式可采用现有的技术。
数字信号处理器中，后台系数更新数据处理芯片的输出端通过簇状总线与计算机的总线连接，数字信号处理器的执行算法的参数可以通过计算机设置，***工作状态和各个端口输入信号的状态都可以通过计算机的屏幕观察。
滤波器可以为重构滤波器，也可以采用低通滤波器，对来自数字信号处理器的信号进行滤波，然后通过控制信号驱动器向控制源输出控制信号。
实现本发明的软件部分包括：(1)实时控制信号产生模块，在一组带有AD/DA的DSP上执行；(2)控制信号更新模块、控制源和误差传感器间物理场建模模块，在一组中心处理DSP上实现；(3)计算机和多通道有源控制器的通讯模块，分别在计算机和数字信号处理器上实现；(4)用户界面模块，在计算机上实现。
在本发明的多通道有源控制器的数字信号处理器中，数据处理芯片分别为实时数据处理芯片和后台系数更新数据处理芯片，这两种功能的芯片之间采用了并口连接的方式，可以对大量数据进行处理。
在算法上，根据上述硬件架构，本发明采用了专用的多通道自适应控制算法。该算法是在常用的FXLMS算法上，采用周期性块处理，在基本保证控制性能的条件下，达到减少计算量的目的。
3、有益效果：本发明具有以下有益效果：(1)在硬件结构上，数字信号处理器采用簇状总线和并口通讯混和的***体系结构，并根据硬件结构采用专用的多通道自适应算法，从而使通道数可达到10个以上，可同时控制10以上的控制源；(2)操作简便，在控制的设置上，本发明在计算机上实现的控制界面能够设置各种控制参数，实时显示控制状态，方便使用；(3)在算法上，本发明采用周期性块处理，将实时控制信号产生模块和控制系数更新模块分开，即保证了实时性，要兼顾了控制器的跟踪能力。
四、附图说明
图1是本发明的原理图；
图2和图3是数字信号处理器的硬件结构图；
图4是本发明的工作流程图。
五、具体实施方式
实施例1：如图1、图2所示，本实施例为16通道有源控制器，该有源控制器1包括：误差信号条件器11、数字信号处理器12、滤波器13、控制信号驱动器14和参考信号条件器15，其中，来自于多通道有源控制器1外误差传感器2的信号依次经过误差信号条件器11、数字信号处理器12、滤波器13和控制信号驱动器14；来自多通道有源控制器1外的参考信号经过参考信号条件器15输入数字信号外理器12；数字信号处理器12包括一组模数/数模转换器组5、一组实时数据处理芯片6和一组后台系数更新数据处理芯片7，其中模数/数模转换器组5分别与实时数据处理芯片6连接，实时数据处理芯片6与后台系数更新数据处理芯片7之间采用并口连接的方式，各后台系数更新数据处理芯片7的输出端连接至簇状总线10。
本实施例的多通道有源控制器1的数字信号处理器12中，模数/数模转换器5为4个，实时数据处理芯片6和后台系数更新数据处理芯片7各为4个。
依据现有技术可通过模拟电路实现参考信号条件器15，参考信号条件器15将外界的参考脉冲信号整型、归一，然后送到数字信号处理器12的中断端口；用现有的模拟电路实现16通道误差信号条件器2，将来自误差传感器2的信号放大、滤波，归一化，然后送到数字信号处理器12的模拟输入端。
如图3所示，数字信号处理器12利用DSP芯片和数字电路搭建而成，采用4片AD1836芯片构成16路ADC、16路DAC和8片ADSP-21161N数字信号处理芯片，在硬件结构上采用簇状总线和并口通讯混和的***体系结构，形成16通道的数字信号处理器12；在数字信号处理器12上还外接有4路中断接口，可以处理数字信号的输入；AD和DA的位数均为16bit，最高采样率达48KHz，***处理信号频率为4800Hz，可处理信号频段为0-1200Hz；4个ADSP-21161N数字信号处理芯片7进行后台系数更新，通过簇状总线10与计算机4的PCI总线9连接，处理的信号数据可存储在计算机的内存8上。
滤波器13为16通道控制信号重构滤波器，可用模拟电路实现，该重构滤波器13将来自于数字信号处理器12的DA信号进行重构滤波，并可在630Hz截止，也可以根据需要扩展到1200Hz。
控制信号驱动器14为16通道控制信号驱动器，可用现有的模拟电路实现，可采用16路50W的功率放大器，用来驱动控制源3。
本实施例的16通道有源控制器的参数设置和状态监控终端为PC机。在16通道数字信号处理器12中执行算法的参数都可以通过PC机的键盘设置，***工作状态、各个端口输入信号的状态都可以通过PC机的屏幕观察。PC机的主频为1.6GHz，内存为258M，界面采用美国国家仪器公司的CVI编程。
本实施例的16通道有源控制器软件的编制分为四个部分：(1)实时控制信号产生模块，在4片带有ADDA的DSP上实现；(2)控制信号更新模块、控制源和误差传感器间物理场建模模块在4片中心处理DSP上实现；(3)PC机和控制器的通讯模块，分别在PC机和数字信号处理器12上实现；(4)用户界面模块在PC机上实现；在DSP上实现时采用汇编语言和C语言，在PC机上实现时采用CVI语言。
在算法上，根据上述硬件架构，采用专用的多通道自适应控制算法。该算法是在常用的FXLMS算法上，采用周期性块处理，在基本保证控制性能的条件下，达到减少计算量的目的。
如图4所示，本实施例的16通道有源控制器进行工作时，开机后首先依次进行前端自检和DSP自检，自检的状态可通过PC机的显示器监测；抵消通道建模和算法更新控制也可以通过PC机的显示器监测。
Claims (5)
1、一种多通道有源控制器(1)，其特征在于：该多通道有源控制器包括：误差信号条件器(11)、数字信号处理器(12)、滤波器(13)、控制信号驱动器(14)和参考信号条件器(15)，其中，来自于多通道有源控制器(1)外的误差传感器(2)的信号依次经过误差信号条件器(11)、数字信号理器(12)、滤波器(13)和控制信号驱动器(14)；来自多通道有源控制器(1)外的参考信号经过参考信号条件器(15)输入数字信号处理器(12)；数字信号处理器(12)包括一组模数/数模转换器组(5)、一组实时数据处理芯片(6)和一组后台系数更新数据处理芯片(7)，模数/数模转换器组(5)分别与实时数据处理芯片(6)连接，实时数据处理芯片(6)和后台系数更新数据处理芯片(7)之间采用并口连接的方式，后台系数更新数据处理芯片(7)的输出端连接至簇状总线(10)。
2、如权利要求1所述的多通道有源控制器，其特征在于：在数字信号处理器(12)中，模数/数模转换器组(5)为4个，实时数据处理芯片(6)和后台系数更新数据处理芯片(7)各为4个。
3、如权利要求1或2所述的多通道有源控制器，其特征在于：每个模数/数模转换器组(5)包括4个模数/数模转换器。
4、如权利要求1所述的多通道有源控制器，其特征在于：数字信号处理器(12)中的后台系数更新数据处理芯片(7)通过簇状总线(10)与计算机(4)的总线(9)连接。
5、如权利要求1所述的多通道有源控制器，其特征在于：滤波器(13)为重构滤波器或者低通滤波器。
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