[發明專利]一種采用變步長LMS算法的噪聲主動控制系統和方法

在審

• 申請號: 202110405717.4
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113112983A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 魏義坤;張銑棟;王政道;楊徽;張煒;朱祖超
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G10K11/178
• 分類號: G10K11/178
• 代理公司: 杭州橙知果專利代理事務所(特殊普通合伙) 33261
• 代理人: 杜放

本發明公開了一種基于變步長LMS算法的有源噪聲控制系統,通過基于對數函數的變步長LMS算法實現自適應濾波的權值更新,獲得較快的收斂速度,很好地解決了定步長LMS算法的收斂速度,穩態誤差及時變系統的跟蹤能力三者之間的矛盾,能達到快速降噪的目的，并通過將該算法應用于控制濾波器的權值更新過程中，大大的提升了系統的降噪效果，并在較快的收斂速度的同時，對時變信號的跟蹤性也較為良好。

技術領域

本發明涉及噪聲主動控制，尤其涉及一種有源噪聲主動控制系統。

背景技術

噪聲無處不在的存在于我們的日常環境中，影響著我們的日常生活，長時間的高噪聲環境會嚴重影響人們的身心健康。噪音在世界各地都存在，如家庭中的各種家用電器，如空調、洗衣機、電冰箱等。工廠中的一些工業設備，如切割機、通風管道、壓縮機、發電機等，在運行過程中也會產生大量的工業噪聲。因此，噪聲控制是一項非常重要和值得注意的工作。

一般來說，被動噪聲控制和主動噪聲控制是抑制噪聲的兩種有效方法。主動降噪是目前最有效的降噪方法之一，主動降噪系統的收斂速度和降噪性能是主動降噪設計中面臨的主要挑戰。

LMS算法(最小均方算法)由于其易于實現、效率高的優點，被廣泛應用于信號處理、回聲抵消、神經網絡、數字通信等領域。為了使算法快速收斂，得到的穩態誤差非常大。因此，為了創建一個好的LMS算法，需要對收斂速度和穩態誤差進行規劃。

因此，本領域的技術人員致力于對于改進的變步長LMS算法，提出一種變步長LMS算法的有源噪聲控制系統，并在有效控制步長變化上進行改進顯得尤為重要。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種采用變步長LMS算法的噪聲主動控制系統和方法。

為實現上述目的，本發明在第一方面提供了一種采用變步長LMS算法的噪聲主動控制系統，其特征在于，包括控制濾波器，控制濾波器通過可變的步長值來更新濾波器權值，濾波器權值更新公式為：

W(n+1)＝W(n)+2μ(n)e(n)X(n)+α[W(n)-W(n-1)]；

其中X(n)為濾波器的輸入信號，e(n)為濾波器的誤差信號；步長更新公式為：

μ(n)＝blg(a|e(n)|^m+1)；

其中a,b,m為階躍因子，α為動量因子。

進一步地，還包括建模濾波器輔助建模濾波器H(n)。

進一步地，可變的步長值逐漸變小。

進一步地，階躍因子a用于控制曲線整體變化，階躍因子用于b控制曲線的幅度大小，階躍因子m用于控制曲線底部變化速率，動量因子α影響算法的收斂速度。

本發明在第二方面提供了一種采用變步長LMS算法的噪聲主動控制方法，其特征在于，包括步驟：

(1)實時檢測噪聲信號和誤差信號；

(2)將噪聲信號和誤差信號輸入控制濾波器；

(3)自適應濾波器通過可變的步長值來更新濾波器權值，濾波器權值更新公式為：

W(n+1)＝W(n)+2μ(n)e(n)X(n)+α[W(n)-W(n-1)]；

其中X(n)為濾波器的輸入信號，e(n)為濾波器的誤差信號；步長更新公式為：

μ(n)＝blg(a|e(n)|^m+1)；

其中a,b,m為階躍因子，α為動量因子；

(4)自適應濾波器輸出控制信號，與原噪聲進行疊加；