專利名稱：多通道有源控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有源控制器，尤其涉及一種具有多通道的有源控制器。
背景技術(shù)：
有源控制器廣泛運(yùn)用于噪聲與振動(dòng)控制領(lǐng)域，是有源控制系統(tǒng)的重要組成部分。通過有源控制器可以驅(qū)動(dòng)若干個(gè)控制源(揚(yáng)聲器或激振器)，使控制源產(chǎn)生和初始噪聲與振動(dòng)相位相互作用的聲音或振動(dòng)，從而達(dá)到降低噪聲與振動(dòng)的目的。這種自適應(yīng)控制器的特點(diǎn)是對于低頻噪聲與振動(dòng)具有明顯的效果，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)噪聲振動(dòng)控制在低頻效果差的缺點(diǎn)。目前已經(jīng)實(shí)用的有源控制器廣泛應(yīng)用于有源抗噪聲耳罩、管道內(nèi)的有源噪聲控制系統(tǒng)、飛機(jī)和轎車艙內(nèi)的有源噪聲控制系統(tǒng)以及變壓器單頻噪聲的有源控制系統(tǒng)。
在有源控制的早期研究階段，有源控制器一般采用由模擬器件搭成的移相反饋控制電路，一般只能在有限的頻段起作用，且不能適應(yīng)環(huán)境的變化，對變化的噪聲與振動(dòng)效果較差。近20年，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)、信號處理、控制理論和換能器技術(shù)的發(fā)展，有源控制器也得到了發(fā)展，一般采用數(shù)字信號處理芯片構(gòu)成。目前的有源控制器一般由以下幾部分構(gòu)成參考信號模塊、誤差信號模塊、信號處理模塊、控制信號產(chǎn)生模塊、控制設(shè)置界面。
現(xiàn)有的有源控制器有很多種，例如澳大利亞考茲系統(tǒng)公司生產(chǎn)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點(diǎn)數(shù)DSP芯片，但已不再生產(chǎn)。EZ-ANC II采用了單片浮點(diǎn)DSP芯片，但是其運(yùn)算能力有限，無法對10個(gè)以上的控制源進(jìn)行控制。我國也有許多單位在從事有源控制器方面的研究，如西北工業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院聲學(xué)研究所、東南大學(xué)、上海交通大學(xué)和海軍工程大學(xué)等，但是他們制造的有源控制器僅在實(shí)驗(yàn)室供科學(xué)研究使用，采用的芯片運(yùn)算能力同樣非常有限，通道數(shù)在10路以下。因此，現(xiàn)有技術(shù)無法使有源控制器的通道數(shù)達(dá)到10路以上，無法同時(shí)對10個(gè)以上的控制源進(jìn)行控制，對噪聲與振動(dòng)的控制能力有限。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種通道數(shù)可達(dá)到10個(gè)以上的多通道、運(yùn)算能力強(qiáng)的多通道有源控制器。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到上述的發(fā)明目的，本發(fā)明的多通道有源控制器包括誤差信號條件器、數(shù)字信號處理器、濾波器、控制信號驅(qū)動(dòng)器和參考信號條件器，其中，來自于多通道有源控制器外的誤差傳感器的信號依次經(jīng)過誤差信號條件器、數(shù)字信號處理器、濾波器和控制信號驅(qū)動(dòng)器，控制信號驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號驅(qū)動(dòng)控制源；來自多通道有源控制器外的參考信號，例如液壓泵的轉(zhuǎn)速信號、變壓器的電流變化信號等信號經(jīng)參考信號條件器處理后輸入數(shù)字信號處理器；數(shù)字信號處理器包括一組模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器組、一組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片和一組后臺(tái)系數(shù)更新數(shù)據(jù)處理芯片，其中模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器組分別與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片連接，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片與后臺(tái)系數(shù)更新數(shù)據(jù)處理芯片之間采用并口連接的方式，后臺(tái)系數(shù)更新數(shù)據(jù)處理芯片的輸出端連接至簇狀總線。
在數(shù)字信號處理器中，模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器組可以為4個(gè)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片和后臺(tái)系數(shù)更新數(shù)據(jù)處理芯片都為4個(gè)，其中4個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，4個(gè)后臺(tái)系數(shù)更新數(shù)據(jù)處理芯片對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行后臺(tái)系數(shù)更新；也可以根據(jù)實(shí)際需要確定模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片和后臺(tái)系數(shù)更新數(shù)據(jù)處理芯片的個(gè)數(shù)。
每個(gè)模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器組由4個(gè)模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接而成，連接的方式可采用現(xiàn)有的技術(shù)。
數(shù)字信號處理器中，后臺(tái)系數(shù)更新數(shù)據(jù)處理芯片的輸出端通過簇狀總線與計(jì)算機(jī)的總線連接，數(shù)字信號處理器的執(zhí)行算法的參數(shù)可以通過計(jì)算機(jī)設(shè)置，系統(tǒng)工作狀態(tài)和各個(gè)端口輸入信號的狀態(tài)都可以通過計(jì)算機(jī)的屏幕觀察。
濾波器可以為重構(gòu)濾波器，也可以采用低通濾波器，對來自數(shù)字信號處理器的信號進(jìn)行濾波，然后通過控制信號驅(qū)動(dòng)器向控制源輸出控制信號。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的軟件部分包括(1)實(shí)時(shí)控制信號產(chǎn)生模塊，在一組帶有AD/DA的DSP上執(zhí)行；(2)控制信號更新模塊、控制源和誤差傳感器間物理場建模模塊，在一組中心處理DSP上實(shí)現(xiàn)；(3)計(jì)算機(jī)和多通道有源控制器的通訊模塊，分別在計(jì)算機(jī)和數(shù)字信號處理器上實(shí)現(xiàn)；(4)用戶界面模塊，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明的多通道有源控制器的數(shù)字信號處理器中，數(shù)據(jù)處理芯片分別為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片和后臺(tái)系數(shù)更新數(shù)據(jù)處理芯片，這兩種功能的芯片之間采用了并口連接的方式，可以對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
在算法上，根據(jù)上述硬件架構(gòu)，本發(fā)明采用了專用的多通道自適應(yīng)控制算法。該算法是在常用的FXLMS算法上，采用周期性塊處理，在基本保證控制性能的條件下，達(dá)到減少計(jì)算量的目的。
3、有益效果本發(fā)明具有以下有益效果(1)在硬件結(jié)構(gòu)上，數(shù)字信號處理器采用簇狀總線和并口通訊混和的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，并根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)采用專用的多通道自適應(yīng)算法，從而使通道數(shù)可達(dá)到10個(gè)以上，可同時(shí)控制10以上的控制源；(2)操作簡便，在控制的設(shè)置上，本發(fā)明在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的控制界面能夠設(shè)置各種控制參數(shù)，實(shí)時(shí)顯示控制狀態(tài)，方便使用；(3)在算法上，本發(fā)明采用周期性塊處理，將實(shí)時(shí)控制信號產(chǎn)生模塊和控制系數(shù)更新模塊分開，即保證了實(shí)時(shí)性，要兼顧了控制器的跟蹤能力。
四

圖1是本發(fā)明的原理圖；圖2和圖3是數(shù)字信號處理器的硬件結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明的工作流程圖。
五具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1如圖1、圖2所示，本實(shí)施例為16通道有源控制器，該有源控制器1包括誤差信號條件器11、數(shù)字信號處理器12、濾波器13、控制信號驅(qū)動(dòng)器14和參考信號條件器15，其中，來自于多通道有源控制器1外誤差傳感器2的信號依次經(jīng)過誤差信號條件器11、數(shù)字信號處理器12、濾波器13和控制信號驅(qū)動(dòng)器14；來自多通道有源控制器1外的參考信號經(jīng)過參考信號條件器15輸入數(shù)字信號外理器12；數(shù)字信號處理器12包括一組模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器組5、一組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片6和一組后臺(tái)系數(shù)更新數(shù)據(jù)處理芯片7，其中模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器組5分別與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片6連接，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片6與后臺(tái)系數(shù)更新數(shù)據(jù)處理芯片7之間采用并口連接的方式，各后臺(tái)系數(shù)更新數(shù)據(jù)處理芯片7的輸出端連接至簇狀總線10。
本實(shí)施例的多通道有源控制器1的數(shù)字信號處理器12中，模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器5為4個(gè)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片6和后臺(tái)系數(shù)更新數(shù)據(jù)處理芯片7各為4個(gè)。
依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)可通過模擬電路實(shí)現(xiàn)參考信號條件器15，參考信號條件器15將外界的參考脈沖信號整型、歸一，然后送到數(shù)字信號處理器12的中斷端口；用現(xiàn)有的模擬電路實(shí)現(xiàn)16通道誤差信號條件器2，將來自誤差傳感器2的信號放大、濾波，歸一化，然后送到數(shù)字信號處理器12的模擬輸入端。
如圖3所示，數(shù)字信號處理器12利用DSP芯片和數(shù)字電路搭建而成，采用4片AD1836芯片構(gòu)成16路ADC、16路DAC和8片ADSP-21161N數(shù)字信號處理芯片，在硬件結(jié)構(gòu)上采用簇狀總線和并口通訊混和的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，形成16通道的數(shù)字信號處理器12；在數(shù)字信號處理器12上還外接有4路中斷接口，可以處理數(shù)字信號的輸入；AD和DA的位數(shù)均為16bit，最高采樣率達(dá)48KHz，系統(tǒng)處理信號頻率為4800Hz，可處理信號頻段為0-1200Hz；4個(gè)ADSP-21161N數(shù)字信號處理芯片7進(jìn)行后臺(tái)系數(shù)更新，通過簇狀總線10與計(jì)算機(jī)4的PCI總線9連接，處理的信號數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存8上。
濾波器13為16通道控制信號重構(gòu)濾波器，可用模擬電路實(shí)現(xiàn)，該重構(gòu)濾波器13將來自于數(shù)字信號處理器12的DA信號進(jìn)行重構(gòu)濾波，并可在630Hz截止，也可以根據(jù)需要擴(kuò)展到1200Hz。
控制信號驅(qū)動(dòng)器14為16通道控制信號驅(qū)動(dòng)器，可用現(xiàn)有的模擬電路實(shí)現(xiàn)，可采用16路50W的功率放大器，用來驅(qū)動(dòng)控制源3。
本實(shí)施例的16通道有源控制器的參數(shù)設(shè)置和狀態(tài)監(jiān)控終端為PC機(jī)。在16通道數(shù)字信號處理器12中執(zhí)行算法的參數(shù)都可以通過PC機(jī)的鍵盤設(shè)置，系統(tǒng)工作狀態(tài)、各個(gè)端口輸入信號的狀態(tài)都可以通過PC機(jī)的屏幕觀察。PC機(jī)的主頻為1.6GHz，內(nèi)存為258M，界面采用美國國家儀器公司的CVI編程。
本實(shí)施例的16通道有源控制器軟件的編制分為四個(gè)部分(1)實(shí)時(shí)控制信號產(chǎn)生模塊，在4片帶有ADDA的DSP上實(shí)現(xiàn)；(2)控制信號更新模塊、控制源和誤差傳感器間物理場建模模塊在4片中心處理DSP上實(shí)現(xiàn)；(3)PC機(jī)和控制器的通訊模塊，分別在PC機(jī)和數(shù)字信號處理器12上實(shí)現(xiàn)；(4)用戶界面模塊在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)；在DSP上實(shí)現(xiàn)時(shí)采用匯編語言和C語言，在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)時(shí)采用CVI語言。
在算法上，根據(jù)上述硬件架構(gòu)，采用專用的多通道自適應(yīng)控制算法。該算法是在常用的FXLMS算法上，采用周期性塊處理，在基本保證控制性能的條件下，達(dá)到減少計(jì)算量的目的。
如圖4所示，本實(shí)施例的16通道有源控制器進(jìn)行工作時(shí)，開機(jī)后首先依次進(jìn)行前端自檢和DSP自檢，自檢的狀態(tài)可通過PC機(jī)的顯示器監(jiān)測；抵消通道建模和算法更新控制也可以通過PC機(jī)的顯示器監(jiān)測。
權(quán)利要求
1.一種多通道有源控制器(1)，其特征在于該多通道有源控制器包括誤差信號條件器(11)、數(shù)字信號處理器(12)、濾波器(13)、控制信號驅(qū)動(dòng)器(14)和參考信號條件器(15)，其中，來自于多通道有源控制器(1)外的誤差傳感器(2)的信號依次經(jīng)過誤差信號條件器(11)、數(shù)字信號理器(12)、濾波器(13)和控制信號驅(qū)動(dòng)器(14)；來自多通道有源控制器(1)外的參考信號經(jīng)過參考信號條件器(15)輸入數(shù)字信號處理器(12)；數(shù)字信號處理器(12)包括一組模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器組(5)、一組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片(6)和一組后臺(tái)系數(shù)更新數(shù)據(jù)處理芯片(7)，模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器組(5)分別與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片(6)連接，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片(6)和后臺(tái)系數(shù)更新數(shù)據(jù)處理芯片(7)之間采用并口連接的方式，后臺(tái)系數(shù)更新數(shù)據(jù)處理芯片(7)的輸出端連接至簇狀總線(10)。
2.如權(quán)利要求1所述的多通道有源控制器，其特征在于在數(shù)字信號處理器(12)中，模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器組(5)為4個(gè)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片(6)和后臺(tái)系數(shù)更新數(shù)據(jù)處理芯片(7)各為4個(gè)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的多通道有源控制器，其特征在于每個(gè)模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器組(5)包括4個(gè)模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
4.如權(quán)利要求1所述的多通道有源控制器，其特征在于數(shù)字信號處理器(12)中的后臺(tái)系數(shù)更新數(shù)據(jù)處理芯片(7)通過簇狀總線(10)與計(jì)算機(jī)(4)的總線(9)連接。
5.如權(quán)利要求1所述的多通道有源控制器，其特征在于濾波器(13)為重構(gòu)濾波器或者低通濾波器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多通道有源控制器，該多通道有源控制器包括誤差信號條件器、數(shù)字信號處理器、濾波器、控制信號驅(qū)動(dòng)器和參考信號條件器，來自于多通道有源控制器外的誤差傳感器的信號依次經(jīng)過誤差信號條件器、數(shù)字信號理器、濾波器和控制信號驅(qū)動(dòng)器；外界的參考信號經(jīng)過參考信號條件輸入數(shù)字信號處理器；數(shù)字信號處理器包括一組模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器組、一組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片和一組后臺(tái)系數(shù)更新數(shù)據(jù)處理芯片。本發(fā)明的多通道有源控制器的通道數(shù)可達(dá)到10個(gè)以上，可同時(shí)控制10以上的控制源，操作簡便，并且將實(shí)時(shí)控制信號產(chǎn)生模塊和控制系數(shù)更新模塊分開，既保證了實(shí)時(shí)性，又兼顧了控制器的跟蹤能力。
文檔編號G06F19/00GK1664727SQ20051003852
公開日2005年9月7日 申請日期2005年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月23日
發(fā)明者邱小軍, 李寧榮 申請人:南京大學(xué)