專利名稱：可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元及分布式前饋有源控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種前饋有源控制單元，尤其涉及一種可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元， 以及一種由該單元級(jí)聯(lián)組成的分布式有源控制系統(tǒng)。本發(fā)明特別適用于，但不限于，將多個(gè) 可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元級(jí)聯(lián)組成分布式前饋有源控制系統(tǒng)，在需要多個(gè)控制通道的場(chǎng) 合使用。
背景技術(shù)：
有源控制器是有源控制系統(tǒng)的核心部分，廣泛應(yīng)用于噪聲和振動(dòng)控制領(lǐng)域。有源 控制器拾取原始噪聲或振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)計(jì)算驅(qū)動(dòng)控制源(揚(yáng)聲器或激振器)，使控制源產(chǎn)生 的噪聲或振動(dòng)信號(hào)與原始噪聲或振動(dòng)信號(hào)相互作用，達(dá)到降低噪聲或振動(dòng)的目的。有源控 制器對(duì)低頻噪聲和振動(dòng)的抑制效果明顯，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的噪聲和振動(dòng)控制方法在低頻效果差 的缺點(diǎn)。目前，有源控制器已廣泛應(yīng)于管道內(nèi)的有源噪聲控制系統(tǒng)、有源抗噪聲耳罩、有源 抗噪聲耳塞、飛機(jī)和轎車艙內(nèi)的有源噪聲控制系統(tǒng)。在通信設(shè)備機(jī)箱的噪聲控制、交通噪聲 控制和變壓器噪聲控制等領(lǐng)域也有大量研究。有源控制器有單通道和多通道的，在控制目標(biāo)區(qū)域小的場(chǎng)合，如有源抗噪聲耳罩 和有源抗噪聲耳塞，可使用單通道控制系統(tǒng)。在控制目標(biāo)區(qū)域較大的場(chǎng)合，如飛機(jī)和轎車艙 內(nèi)的有源噪聲控制、大型變壓器有源噪聲控制、有源降噪聲屏障以及虛擬聲屏障，需使用多 通道控制系統(tǒng)。對(duì)于多通道控制器，隨著通道數(shù)的增加，運(yùn)算量將幾何級(jí)數(shù)形式增加，由于芯片運(yùn) 算能力的限制，現(xiàn)有技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)16通道以上的控制器。另一方面，運(yùn)算量的增大需采用 高端的數(shù)字處理芯片，成本很高。例如，澳大利亞考茲系統(tǒng)公司生產(chǎn)的EZ-ANC II型有源控 制器為10通道的，南京大學(xué)聲學(xué)所研制的有源控制器為16通道的，國(guó)內(nèi)其它研究單位如西 北工業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所等也研究制作了一些有源控制器，這些控制器通道數(shù) 一般少于16，應(yīng)用能力有限，主要用于科學(xué)研究和基本實(shí)驗(yàn)。因此，在要求控制器通道數(shù)量較大的場(chǎng)合，如有源降噪聲屏障、大型變壓器的有源 噪聲控制，使用集中式多通道控制系統(tǒng)難度大、成本高，難于實(shí)用。分布式有源控制系統(tǒng)由 多個(gè)單通道控制器構(gòu)成，可以降低有源控制系統(tǒng)的計(jì)算量，成本也大幅降低，在上述場(chǎng)合可 代替多通道控制系統(tǒng)使用。例如，2004年國(guó)際聲學(xué)大會(huì)(ICA2004)上日本學(xué)者報(bào)告了他們 在有源聲屏障研究上的進(jìn)展，他們使用分布式控制系統(tǒng)在40米長(zhǎng)的聲屏障上做了實(shí)驗(yàn)，取 得一定的降噪效果。構(gòu)造分布式控制系統(tǒng)有兩種方法，一種是在多通道控制器中，改變數(shù)字信號(hào)處理 模塊的算法，將多通道控制器設(shè)置成多個(gè)單通道控制器使用，如澳大利亞考茲系統(tǒng)公司生 產(chǎn)的EZ-ANC II型有源控制器，它是10通道的控制器，也可設(shè)置為10個(gè)單通道控制器使 用，這種方法的缺點(diǎn)是(1)多通道控制器通道數(shù)少，因此構(gòu)造的分布式控制系統(tǒng)通道也少； (2)多通道控制器是一個(gè)整體，不方便擴(kuò)展；(3)有源控制系統(tǒng)的分布尺寸較大時(shí)各種連 接線多而長(zhǎng)，如在有源聲屏障中，控制器要連接傳感器、控制源，各個(gè)通道的連接線都要匯集到控制器上，不方便。另一種構(gòu)造分布式控制系統(tǒng)的方法中，使用多個(gè)單通道控制器作 為單元，每個(gè)單通道控制器物理獨(dú)立，比如安裝在一個(gè)獨(dú)立的尺寸小的機(jī)箱中，因此在使用 中布置靈活，擴(kuò)展方便，與要連接的傳感器、控制源等距離近，例如2004年國(guó)際聲學(xué)大會(huì) (ICA2004)上日本學(xué)者的學(xué)術(shù)報(bào)告中指出他們?cè)谟性绰暺琳现惺褂玫姆植际娇刂葡到y(tǒng)即為 這種形式。后一種分布式控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于(1)系統(tǒng)基本使用反饋控制器作為控制單 元，它要求誤差傳聲器必須靠近次級(jí)聲源才能使系統(tǒng)穩(wěn)定，因此控制效果有限；(2)反饋控 制系統(tǒng)存在水床效應(yīng)，即在某些頻段的噪聲衰減必然導(dǎo)致其它頻段噪聲的增強(qiáng)；(3)目前 的分布式控制系統(tǒng)各個(gè)控制單元之間完全獨(dú)立，沒(méi)有信息傳輸通道，不利于調(diào)試與監(jiān)控管 理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元，以及一種由該單元級(jí)聯(lián)組 成的分布式有源控制系統(tǒng)。該控制單元采用前饋單通道自適應(yīng)控制算法，控制系統(tǒng)穩(wěn)定；一 個(gè)該控制單元可獨(dú)立作為單通道前饋有源控制系統(tǒng)使用，多個(gè)該控制單元可串行級(jí)聯(lián)組成 分布式前饋有源控制系統(tǒng)使用；控制系統(tǒng)的總通道數(shù)可以根據(jù)需要任意增減；各控制單元 可通過(guò)級(jí)聯(lián)通訊模塊實(shí)現(xiàn)單元間的信息傳輸；可通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)由該單元組成的單通道前饋 有源控制系統(tǒng)或分布式前饋有源控制系統(tǒng)進(jìn)行管理。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元，一個(gè)該控制單元 可獨(dú)立作為單通道前饋有源控制系統(tǒng)使用，多個(gè)該控制單元可串行級(jí)聯(lián)組成分布式前饋有 源控制系統(tǒng)使用。該單元包括參考信號(hào)條件模塊、誤差信號(hào)條件模塊、數(shù)字信號(hào)處理模塊、濾波模 塊、控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊、級(jí)聯(lián)通訊模塊、串口通訊模塊。來(lái)自該單元以外的參考信號(hào)(例如 交通噪聲信號(hào)、變壓器噪聲信號(hào)、通信設(shè)備機(jī)箱外殼振動(dòng)信號(hào))經(jīng)過(guò)參考信號(hào)條件模塊輸 入數(shù)字信號(hào)處理模塊，來(lái)自該單元以外的誤差信號(hào)(例如交通噪聲信號(hào)、變壓器噪聲信號(hào)、 通信設(shè)備機(jī)箱外殼振動(dòng)信號(hào))經(jīng)過(guò)誤差信號(hào)條件模塊輸入數(shù)字信號(hào)處理模塊，該單元的數(shù) 字信號(hào)處理模塊通過(guò)計(jì)算得到控制信號(hào)，控制信號(hào)依次經(jīng)過(guò)濾波模塊和控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊 輸入該單元以外的控制源(例如揚(yáng)聲器、激振器)。該單元的級(jí)聯(lián)通訊模塊用于連接其它單 元，使得多個(gè)該單元可串行級(jí)聯(lián)組成分布式前饋有源控制系統(tǒng)。該單元的串口通訊模塊用 于連接計(jì)算機(jī)。每個(gè)單元的級(jí)聯(lián)通訊模塊有兩個(gè)接口，即上行接口與下行接口。一個(gè)該單元可獨(dú) 立作為單通道前饋有源控制系統(tǒng)使用，此時(shí)，不使用這兩個(gè)接口 ；多個(gè)單元組成分布式前饋 有源控制系統(tǒng)時(shí)，各單元通過(guò)自身的級(jí)聯(lián)通訊模塊的兩個(gè)接口依次連接，即前一單元的下 行接口連接后一單元的上行接口，串行級(jí)聯(lián)組成分布式前饋有源控制系統(tǒng)。一個(gè)該單元獨(dú)立作為單通道前饋有源控制系統(tǒng)使用時(shí)，該單元的串口通訊模塊與 計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)通過(guò)計(jì)算機(jī)串口、該單元串口通訊模塊這一通道向該單元發(fā)送操作命 令和接收該單元的狀態(tài)信息；多個(gè)單元組成分布式前饋有源控制系統(tǒng)時(shí)，各個(gè)單元串行級(jí) 聯(lián)，第一個(gè)單元通過(guò)串口通訊模塊和計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)通過(guò)計(jì)算機(jī)串口、第一個(gè)單元的串 口通訊模塊、各個(gè)單元的級(jí)聯(lián)通訊模塊這一通道向任意或所有單元發(fā)送操作命令和接收任 意或所有單元的狀態(tài)信息，由此可方便地通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)任意單元進(jìn)行調(diào)試與監(jiān)控管理。。
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該單元的濾波模塊為重構(gòu)濾波模塊或低通濾波模塊，對(duì)來(lái)自數(shù)字信號(hào)處理器的信 號(hào)進(jìn)行濾波，再通過(guò)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器向控制源輸出控制信號(hào)。該單元的數(shù)字信號(hào)處理模塊采用目前教科書(shū)上都有詳細(xì)論述的前饋單通道自適 應(yīng)控制算法。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種分布式前饋有源控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由如本發(fā)明 內(nèi)容第一方面所述的可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元通過(guò)各單元的級(jí)聯(lián)通訊模塊的上行接口 與下行接口依次連接，即前一單元的下行接口連接后一單元的上行接口，串行級(jí)聯(lián)組成。例 如，設(shè)共有N個(gè)單元組成分布式前饋有源控制系統(tǒng)，則第一個(gè)單元的下行接口連接第二個(gè) 單元的上行接口，第二個(gè)單元的下行接口連接第三個(gè)單元的上行接口，依此類推，最后，第 N-I個(gè)單元的下行接口連接第N個(gè)單元的上行接口。組成該系統(tǒng)的各個(gè)可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元的數(shù)字信號(hào)處理模塊采用前饋單 通道自適應(yīng)控制算法，即各單元的數(shù)字信號(hào)處理模塊通過(guò)計(jì)算得到控制信號(hào)僅與該單元的 參考信號(hào)、誤差信號(hào)有關(guān)，與其它單元的無(wú)關(guān)。組成該系統(tǒng)的可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元數(shù)目可根據(jù)需要任意增減。組成該系統(tǒng)的各個(gè)可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元串行級(jí)聯(lián)，第一個(gè)單元通過(guò)串口通 訊模塊和計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)通過(guò)計(jì)算機(jī)串口、第一個(gè)單元的串口通訊模塊、各個(gè)單元的級(jí) 聯(lián)通訊模塊這一通道向任意或所有單元發(fā)送操作命令和接收任意或所有單元的狀態(tài)信息。本發(fā)明的有益效果是(1)使用本發(fā)明的可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元構(gòu)成分布式 前饋有源控制系統(tǒng)，可解決使用反饋有源控制單元的兩大問(wèn)題，即控制效果和系統(tǒng)穩(wěn)定性 之間的兩難問(wèn)題(控制系統(tǒng)效果越好，系統(tǒng)會(huì)變得越不穩(wěn)定)，以及水床效應(yīng)問(wèn)題(某些頻 段的噪聲衰減必然導(dǎo)致其它頻段噪聲的增強(qiáng))；(2)本發(fā)明的前饋有源控制單元具有級(jí)聯(lián) 通訊模塊，由該單元組成的分布式前饋有源控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)任意單元間的信息傳輸；(3) 本發(fā)明的分布式有源控制系統(tǒng)可在計(jì)算機(jī)上的軟件界面設(shè)置組成該系統(tǒng)的各單元的各種 控制參數(shù)，下發(fā)各種操作指令，顯示各單元的狀態(tài)信息，操作簡(jiǎn)便，方便地對(duì)任意單元進(jìn)行 調(diào)試與監(jiān)控管理；(4)使用本發(fā)明的前饋有源控制單元構(gòu)成分布式前饋有源控制系統(tǒng)，總 通道數(shù)可以根據(jù)科學(xué)研究或工程實(shí)現(xiàn)的需要任意增減，擴(kuò)展方便；(5)在要求控制器通道 數(shù)量較大的場(chǎng)合，本發(fā)明的分布式有源控制系統(tǒng)可代替多通道控制器，降低控制系統(tǒng)的復(fù) 雜程度和實(shí)現(xiàn)成本。
四

為方便理解和實(shí)施本發(fā)明，可參照附圖描述示例性的優(yōu)選實(shí)施例子，其中圖1是可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元的原理圖；圖2是分布式前饋控制系統(tǒng)的原理圖；圖3是軟件模塊示意圖；圖4是操作命令在各個(gè)軟件模塊的傳遞路徑圖；圖5是可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元的DSP的程序流程圖；圖6是計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的軟件界面。五具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元1原理圖見(jiàn)圖1，包括參考信號(hào)條件模塊3、 誤差信號(hào)條件模塊4、數(shù)字信號(hào)處理模塊5、濾波模塊6、控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊7、級(jí)聯(lián)通訊模塊 8和串口通訊模塊9。來(lái)自該單元以外的參考傳感器12的信號(hào)經(jīng)過(guò)參考信號(hào)條件模塊3處 理后輸入數(shù)字信號(hào)處理模塊5 ；來(lái)自該單元以外的誤差傳感器13的信號(hào)經(jīng)過(guò)誤差信號(hào)條件 模塊4輸入數(shù)字信號(hào)處理模塊5 ；該單元的數(shù)字信號(hào)處理模塊5通過(guò)前饋單通道自適應(yīng)算 法計(jì)算得到控制信號(hào)，控制信號(hào)依次經(jīng)過(guò)濾波模塊6和控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊7輸入該單元以 外的控制源14。參考信號(hào)條件模塊3可通過(guò)模擬電路實(shí)現(xiàn)，將來(lái)自參考傳聲器12的信號(hào)放大、整 形、歸一化，再輸入到數(shù)字信號(hào)處理模塊5的模擬輸入端。誤差信號(hào)條件模塊4可通過(guò)模擬 電路實(shí)現(xiàn)，將來(lái)自誤差傳感器13的信號(hào)放大、濾波、歸一化，再輸入到數(shù)字信號(hào)處理模塊5 的模擬輸入端。數(shù)字信號(hào)處理模塊5包括一個(gè)模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片，模數(shù) /數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片將數(shù)字信號(hào)處理模塊5模擬輸入端的信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并輸入給實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)處理芯片。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理芯片計(jì)算得到控制信號(hào)輸出至模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，模數(shù)/數(shù) 模轉(zhuǎn)換芯片將該信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)并輸出至數(shù)字信號(hào)處理模塊5模擬輸出端。數(shù)字信號(hào)處理模塊5模擬輸出端的信號(hào)經(jīng)濾波模塊6到達(dá)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊7。 濾波模塊6可用模擬電路實(shí)現(xiàn)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)濾波，并在1000Hz截止，根據(jù)需要，截止頻 率可以擴(kuò)展，如至1600Hz?？刂菩盘?hào)驅(qū)動(dòng)模塊7可用模擬電路實(shí)現(xiàn)，用以驅(qū)動(dòng)控制源14，本 例子采用30W的功率放大器驅(qū)動(dòng)控制源。級(jí)聯(lián)通訊模塊8使用數(shù)字信號(hào)處理模塊5中的DSP芯片的八個(gè)管腳自行定義實(shí) 現(xiàn)，其中四個(gè)管腳為上行接口 10，另四個(gè)管腳為下行接口 11，上行接口用于連接前一單元， 下行接口用于連接后一單元。除本實(shí)施例的方法外，級(jí)聯(lián)通訊模塊8也可用其它方式實(shí)現(xiàn)， 例如選用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口芯片。串口通訊模塊9包括一個(gè)連接串口與數(shù)字信號(hào)處理芯片的串口通訊芯片，其功能為 在串口與數(shù)字信號(hào)處理芯片間進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，即串口輸入信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后輸入數(shù)字信號(hào) 處理芯片，也將數(shù)字信號(hào)處理芯片要輸出到串口的信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換形成串口輸出信號(hào)。如只將一個(gè)單元獨(dú)立作為單通道前饋有源控制系統(tǒng)使用，不需使用級(jí)聯(lián)通訊模塊 8，將該單元的串口通訊模塊9與計(jì)算機(jī)15連接，通過(guò)計(jì)算機(jī)15上的軟件界面可向該單元 發(fā)送操作命令和接收該單元的狀態(tài)信息。操作命令依次經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)軟件界面程序、計(jì)算機(jī) 串口、該單元的串口通訊模塊9到達(dá)數(shù)字信號(hào)處理模塊5并由數(shù)字信號(hào)處理模塊5執(zhí)行 ’另 一方面，數(shù)字信號(hào)處理模塊5將本單元的工作狀態(tài)和輸入信號(hào)幅值等狀態(tài)信息依次通過(guò)串 口通訊模塊9、計(jì)算機(jī)串口到達(dá)計(jì)算機(jī)軟件界面程序并顯示于軟件界面上。整個(gè)單元可集成安裝在一個(gè)外部有接口的小體積機(jī)箱內(nèi)部，接口包括與參考傳聲 器、誤差傳聲器的接口，與控制源的接口，上行接口 10，下行接口 11和串口。本發(fā)明的分布式前饋有源控制系統(tǒng)2的原理圖見(jiàn)圖2，它由各前饋有源控制單元1 通過(guò)自身的級(jí)聯(lián)通訊模塊8依次連接，串行級(jí)聯(lián)組成。如圖2所示，由N個(gè)單元組成的分布 式前饋有源控制系統(tǒng)2，第一個(gè)單元的下行接口 11連接第二個(gè)單元的上行接口 10，第二個(gè)
7單元的下行接口 11連接第三個(gè)單元的上行接口 10，依此類推，最后，第N-I個(gè)單元的下行接 口 11連接第N個(gè)單元的上行接口 10。第一個(gè)單元通過(guò)該單元的串口通訊模塊9和計(jì)算機(jī) 連接?？赏ㄟ^(guò)計(jì)算機(jī)15向任意或所有單元發(fā)送操作命令，也可通過(guò)計(jì)算機(jī)15接收任意或 所有單元的狀態(tài)信息，并顯示于軟件界面上。由此可方便靈活地通過(guò)計(jì)算機(jī)15對(duì)任意單元 進(jìn)行調(diào)試與監(jiān)控管理。單元數(shù)目N可根據(jù)使用需要任意增減。組成分布式前饋有源控制系統(tǒng)2的各個(gè)可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元1的數(shù)字信號(hào) 處理模塊5采用前饋單通道自適應(yīng)控制算法，即各單元的數(shù)字信號(hào)處理模塊5通過(guò)計(jì)算得 到控制信號(hào)僅與該單元的參考信號(hào)、誤差信號(hào)有關(guān)，與其它單元的無(wú)關(guān)。換而言之，該系統(tǒng) 是分布式控制的，但通過(guò)級(jí)聯(lián)方式進(jìn)行集中管理。本實(shí)施例的軟件編制分為五個(gè)部分，如圖3所示(1)前饋控制算法軟件模塊包 括控制源和誤差傳感器間物理場(chǎng)的建模軟件模塊，實(shí)時(shí)控制信號(hào)產(chǎn)生軟件模塊，控制信號(hào) 更新軟件模塊，在各單元的數(shù)字信號(hào)處理模塊5所在的DSP芯片上執(zhí)行；(2)操作維護(hù)軟件 模塊包括操作命令處理軟件模塊，狀態(tài)信息上報(bào)軟件模塊，在各單元的數(shù)字信號(hào)處理模塊 5所在的DSP芯片上執(zhí)行；(3)級(jí)聯(lián)通訊軟件模塊，在各單元的數(shù)字信號(hào)處理模塊5所在的 DSP芯片上執(zhí)行；(4)串口通訊軟件模塊，在各單元的數(shù)字信號(hào)處理模塊5所在的DSP芯片 上和計(jì)算機(jī)上執(zhí)行；(5)用戶界面軟件模塊，在計(jì)算機(jī)15上執(zhí)行。在DSP上采用匯編語(yǔ)言 和C語(yǔ)言編制程序，在計(jì)算機(jī)上采用美國(guó)國(guó)家儀器的CVI工具軟件編制程序。前饋控制算法可采用常用的FXLMS算法，并分為控制源14和誤差傳感器13間物 理場(chǎng)的建模軟件模塊，實(shí)時(shí)控制信號(hào)產(chǎn)生軟件模塊和控制信號(hào)更新軟件模塊三個(gè)部分。操作命令處理軟件模塊處理來(lái)自級(jí)聯(lián)通訊模塊8的操作命令，狀態(tài)信息上報(bào)軟件 模塊將各單元自身的工作狀態(tài)、輸入信號(hào)幅值和數(shù)字信號(hào)處理模塊5的濾波器系數(shù)等信息 傳遞給級(jí)聯(lián)通訊模塊8。級(jí)聯(lián)通訊軟件模塊接收來(lái)自上行接口 10與串口通訊軟件模塊的下行消息，以及 來(lái)自下行接口 11與狀態(tài)信息上報(bào)軟件模塊的上行消息。下行消息為操作命令，若操作命令 的對(duì)象是本單元，則將操作命令傳遞給操作命令處理軟件模塊，若操作命令的對(duì)象是所有 單元，則將操作命令傳遞給操作命令處理軟件模塊和下行接口 11，若操作命令的對(duì)象是后 面的單元，則將操作命令傳遞給下行接口 11。上行消息為后面單元或本單元的狀態(tài)信息，本 單元將該消息轉(zhuǎn)發(fā)至上行接口 10，若本單元為第一個(gè)單元，則轉(zhuǎn)發(fā)至串口通訊軟件模塊。僅第一個(gè)單元的串口通訊軟件模塊是工作的，它接收來(lái)自計(jì)算機(jī)15的下行消息， 以及來(lái)自級(jí)聯(lián)通訊軟件模塊的上行消息。下行消息為操作命令，若操作命令的對(duì)象是本單 元，則將操作命令傳遞給操作命令處理軟件模塊，若操作命令的對(duì)象是所有單元，則將操作 命令傳遞給操作命令處理軟件模塊和下行接口 11，若操作命令的對(duì)象是后面的單元，則將 操作命令傳遞給下行接口 11。上行消息為后面單元或本單元的狀態(tài)信息，本單元將該消息 傳遞給計(jì)算機(jī)15的串口。計(jì)算機(jī)上的串口通訊模塊將來(lái)自用戶界面模塊的操作命令傳遞給計(jì)算機(jī)串口，將 來(lái)自計(jì)算機(jī)串口的狀態(tài)信息傳遞給用戶界面模塊。計(jì)算機(jī)上的用戶界面模塊提供圖形界面實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互，可通過(guò)界面下發(fā)對(duì) 某個(gè)特定單元或所有單元的操作命令，以及觀察各單元上報(bào)的狀態(tài)信息。操作命令包括但 不限于次級(jí)通道建模啟動(dòng)與停止、自適應(yīng)控制啟動(dòng)與停止、固定濾波器系數(shù)控制啟動(dòng)與停止、設(shè)置前饋控制算法的各項(xiàng)參數(shù)、濾波器系數(shù)復(fù)位、存取濾波器系數(shù)、系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)自 檢和系統(tǒng)復(fù)位等，各單元的數(shù)字信號(hào)處理模塊根據(jù)接收到的命令內(nèi)容執(zhí)行相應(yīng)功能。狀態(tài) 信息包括單元工作狀態(tài)、輸入信號(hào)幅值和數(shù)字信號(hào)處理模塊的濾波器系數(shù)等，各單元的數(shù) 字信號(hào)處理模塊將本單元的狀態(tài)信息上傳至計(jì)算機(jī)的軟件界面顯示。一個(gè)可選的用戶界面 例子如圖6所示。圖3和圖4分別顯示了狀態(tài)信息與操作命令在各個(gè)軟件模塊的傳遞路徑。DSP中的軟件的程序流程圖如圖5所示，各單元開(kāi)機(jī)后首先進(jìn)行自檢，自檢后監(jiān)測(cè) DSP中斷，共有模數(shù)轉(zhuǎn)換中斷、串口中斷、級(jí)聯(lián)接口中斷和定時(shí)器中斷共四種中斷。其中模數(shù) 轉(zhuǎn)換中斷來(lái)自模數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，DSP根據(jù)當(dāng)前工作狀態(tài)選擇執(zhí)行(1)次級(jí)通道建模，(2) 更新濾波器并產(chǎn)生控制信號(hào)即自適應(yīng)控制，(3)不更新濾波器并產(chǎn)生控制信號(hào)即固定濾波 器參數(shù)控制，(4)什么也不做。串口中斷來(lái)自串口通訊芯片，此時(shí)必然是串口傳來(lái)操作命令， DSP根據(jù)操作命令中的命令對(duì)象參數(shù)選擇執(zhí)行和/或轉(zhuǎn)發(fā)該操作命令。級(jí)聯(lián)接口中斷來(lái)自 上、下行接口，若來(lái)自上行接口，必然是從前一單元傳來(lái)操作命令，DSP根據(jù)操作命令中的命 令對(duì)象參數(shù)選擇執(zhí)行和/或轉(zhuǎn)發(fā)該操作命令；若來(lái)自下行接口，必然是從后一單元傳來(lái)狀 態(tài)信息，DSP根據(jù)本單元是否第一個(gè)單元選擇將該狀態(tài)信息轉(zhuǎn)發(fā)至串口或上行接口。定時(shí) 器中斷來(lái)自DSP中定義的定時(shí)器，目的是定時(shí)上報(bào)本單元的狀態(tài)信息。前面的詳細(xì)描述只提供了優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的范圍、使用性或構(gòu)造不產(chǎn)生任 何限制。前面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述只是為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的優(yōu) 選實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的宗旨和范圍的前提下，可以在 本發(fā)明的各組成部分的功能和布局上進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.一種可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元(1)，其特征在于該單元包括參考信號(hào)條件模塊(3)、誤差信號(hào)條件模塊(4)、數(shù)字信號(hào)處理模塊(5)、濾 波模塊(6)、控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊(7)、級(jí)聯(lián)通訊模塊(8)、串口通訊模塊(9)；來(lái)自該單元以外的參考信號(hào)經(jīng)過(guò)參考信號(hào)條件模塊(3)輸入數(shù)字信號(hào)處理模塊(5)， 來(lái)自該單元以外的誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)誤差信號(hào)條件模塊(4)輸入數(shù)字信號(hào)處理模塊(5)，該單 元的數(shù)字信號(hào)處理模塊(5)通過(guò)計(jì)算得到控制信號(hào)，控制信號(hào)依次經(jīng)過(guò)濾波模塊(6)和控 制信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊(7)輸入該單元以外的控制源；該單元的級(jí)聯(lián)通訊模塊(8)用于連接其它單元，使得多個(gè)該單元可串行級(jí)聯(lián)組成分布 式前饋有源控制系統(tǒng)(2)；該單元的串口通訊模塊(9)用于連接計(jì)算機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元，其特征在于每個(gè)單元的級(jí)聯(lián)通訊模塊(8)有兩個(gè)接口，即上行接口(10)與下行接口(11)； 一個(gè)該單元可獨(dú)立作為單通道前饋有源控制系統(tǒng)使用，此時(shí)，不使用這兩個(gè)接口 ； 多個(gè)單元組成分布式前饋有源控制系統(tǒng)(2)時(shí)，各單元通過(guò)自身的級(jí)聯(lián)通訊模塊(8) 的兩個(gè)接口依次連接，即前一單元的下行接口(11)連接后一單元的上行接口(10)，串行級(jí) 聯(lián)組成分布式前饋有源控制系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元，其特征在于一個(gè)該單元獨(dú)立作為單通道前饋有源控制系統(tǒng)使用時(shí)，該單元的串口通訊模塊(9)與 計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)通過(guò)計(jì)算機(jī)串口、該單元串口通訊模塊這一通道向該單元發(fā)送操作命 令和接收該單元的狀態(tài)信息；多個(gè)單元組成分布式前饋有源控制系統(tǒng)(2)時(shí)，各個(gè)單元串行級(jí)聯(lián)，第一個(gè)單元通 過(guò)串口通訊模塊(9)和計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)通過(guò)計(jì)算機(jī)串口、第一個(gè)單元的串口通訊模塊 (9)、各個(gè)單元的級(jí)聯(lián)通訊模塊(8)這一通道向任意或所有單元發(fā)送操作命令和接收任意 或所有單元的狀態(tài)信息。
4.如權(quán)利要求1所述的可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元，其特征在于濾波模塊(6)為重 構(gòu)濾波模塊或低通濾波模塊。
5.如權(quán)利要求1所述的可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元，其特征在于數(shù)字信號(hào)處理模塊 (5)采用前饋單通道自適應(yīng)控制算法。
6.一種分布式前饋有源控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由如權(quán)利要求1所述的可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元(1)通過(guò)各單元的級(jí)聯(lián)通訊 模塊(8)的上行接口(10)與下行接口(11)依次連接，即前一單元的下行接口(11)連接后 一單元的上行接口(10)，串行級(jí)聯(lián)組成；設(shè)共有N個(gè)單元組成分布式前饋有源控制系統(tǒng)，則第一個(gè)單元的下行接口(11)連接第 二個(gè)單元的上行接口(10)，第二個(gè)單元的下行接口(11)連接第三個(gè)單元的上行接口(10)， 依此類推，最后，第N-I個(gè)單元的下行接口(11)連接第N個(gè)單元的上行接口(10)。
7.如權(quán)利要求6所述的分布式前饋有源控制系統(tǒng)，其特征在于組成該系統(tǒng)的各個(gè)可 級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元(1)的數(shù)字信號(hào)處理模塊(5)如權(quán)利要求5所述采用前饋單通道 自適應(yīng)控制算法，即各單元的數(shù)字信號(hào)處理模塊(5)通過(guò)計(jì)算得到控制信號(hào)僅與該單元的 參考信號(hào)、誤差信號(hào)有關(guān)，與其它單元的無(wú)關(guān)。
8.如權(quán)利要求6所述的分布式前饋有源控制系統(tǒng)，其特征在于組成該系統(tǒng)的可級(jí)聯(lián) 的前饋有源控制單元數(shù)目可根據(jù)需要任意增減。
9.如權(quán)利要求6所述的分布式前饋有源控制系統(tǒng)，其特征在于組成該系統(tǒng)的各個(gè)可 級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元(1)串行級(jí)聯(lián)，第一個(gè)單元通過(guò)串口通訊模塊(9)和計(jì)算機(jī)連接， 計(jì)算機(jī)通過(guò)計(jì)算機(jī)串口、第一個(gè)單元的串口通訊模塊(9)、各個(gè)單元的級(jí)聯(lián)通訊模塊(8)這 一通道向任意或所有單元發(fā)送操作命令和接收任意或所有單元的狀態(tài)信息。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可級(jí)聯(lián)的前饋有源控制單元，以及一種由該單元級(jí)聯(lián)組成的分布式有源控制系統(tǒng)。該單元包括參考信號(hào)條件模塊、誤差信號(hào)條件模塊、數(shù)字信號(hào)處理模塊、濾波模塊、控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊、級(jí)聯(lián)通訊模塊、串口通訊模塊。該單元采用前饋單通道自適應(yīng)控制算法，控制效果好，控制系統(tǒng)穩(wěn)定。一個(gè)該單元可獨(dú)立作為單通道前饋有源控制系統(tǒng)使用。該單元的級(jí)聯(lián)通訊模塊用于連接其它單元，使得多個(gè)該單元可串行級(jí)聯(lián)組成分布式前饋有源控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的總通道數(shù)可以根據(jù)需要任意增減，各單元可通過(guò)級(jí)聯(lián)通訊模塊實(shí)現(xiàn)單元間的信息傳輸。該單元的串口通訊模塊用于連接計(jì)算機(jī)，可通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)由該單元組成的單通道前饋有源控制系統(tǒng)或分布式前饋有源控制系統(tǒng)進(jìn)行管理。本發(fā)明的分布式有源控制系統(tǒng)通過(guò)多個(gè)前饋有源控制單元級(jí)聯(lián)而成，在控制器通道數(shù)量較大的場(chǎng)合，可代替多通道控制器使用，降低控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度和實(shí)現(xiàn)成本，該控制系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，配置靈活，并具有實(shí)時(shí)控制的能力。
文檔編號(hào)G05B19/042GK102081368SQ201110039638
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月17日
發(fā)明者盧晶, 吳海全, 吳訓(xùn), 師瑞文, 彭久高, 曾榮源, 李寧榮, 林志斌, 耿錫年, 董家富, 邱小軍, 鄒海山, 陳衛(wèi)松, 陳家興, 陳鍇, 陶建成 申請(qǐng)人:南京大學(xué), 深圳市冠旭電子有限公司