天然气增压站自适应主动降噪技术研究

【摘要】： 天然气增压站的压缩机厂房噪声总声压高于105dB(A),在空冷区,每台空冷器所产生的噪声指标高于85dB(A),压缩机组的发动机消声器距围墙较近,直接导致厂界噪声超标。噪声直接传到附近居民区,严重影响周边环境。目前国内外广泛用于工业降噪的措施就主要是从噪声源、传播途径和接收者三个方面着手,采用吸声、隔声,以及采用消声器等传统的声学方法降噪处理。本文在对声学理论和有源降噪机理研究的基础上,提出了天然气增压站的主动降噪方案,对主动降噪原理和控制算法进行了研究和仿真,并根据算法进行了相应的系统设计。 首先比较详细地介绍了目前天然气传统降噪措施的工程难度和主动降噪技术的国内外现状,并从主动消声机理和天然气噪声的特性分析等方面对天然气增压站主动降噪方案的可行性进行了研究。在进行天然气增压站噪声特性分析发现,天然气增压站的噪声功率谱的统计中,500Hz以下的功率分量占70%以上,并且在20Hz以下还占有10%以上的功率分量,可见天然气增压站的次声污染十分严重。 自适应滤波算法是有源噪声控制实现的前提条件。在许多情况下,需要多个次级声源和误差传感器来扩大降噪空间,提高降噪量,这样的多通道系统,在实际中被广泛采用。本文对天然气增压站主动降噪系统的控制器进行结构设计和算法研究,详细推导了LMS算法的实现过程,并在此基础上研究了基于平均滤波思想的Fx-AFA算法,并对该算法进行了改进和优化,最终建立了多通道在线对次级通道辨识的控制模型。 对这些算法进行仿真研究表明,经过改进和优化的Fx-AFA算法对收敛因子和用于次级通道辨识的白噪声功率大小不敏感,能始终保持稳定和很好的收敛,可见所研究的算法的稳定性和收敛性都得到了很好的改善。同时对算法的对比研究中发现,主、次通道的辨识能力和各个通道的信噪比成正比,用于建模的信号的功率越大,系统辨识的能力就越强,但次通道的建模信号功率的增加会影响系统的降噪效果,在保证系统能稳定收敛的前提下,要尽量降低控制系统用于次级通道辨识的白噪声功率。 最后,深入研究了基于本文提出的算法的多通道主动降噪系统的具体实现过程,进行了包括硬件和软件的具体实现过程、现场的安装注意事项等进行了详细的阐述。 【关键词】：增压站降噪 有源降噪 噪声特性 自适应控制 Fx-AFA算法
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TB535
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 天然气增压站噪声的产生及危害9
• 1.2 天然气增压站噪声防治工程现状9-14
• 1.3 主动降噪技术概述14-17
• 1.3.1 主动降噪技术发展及国内外现状14-17
• 1.3.2 天然气增压站采用主动降噪技术的优势17
• 1.4 论文的研究内容及创新点17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第2章 主动噪声控制原理及控制方案的确定19-33
• 2.1 声学基本理论19-25
• 2.1.1 波动方程19-22
• 2.1.2 声场的描述22-25
• 2.2 对声波的主观评价25-27
• 2.2.1 声波三要素25
• 2.2.2 声压级25-26
• 2.2.3 权重网络26-27
• 2.3 主动消声控制机理研究27-30
• 2.3.1 惠更斯原理与主动消声27-28
• 2.3.2 主动消声机理28-30
• 2.4 天然气增压站噪声主动控制控制方案30-32
• 2.5 小结32-33
• 第3章 天然气增压站噪音特性分析33-52
• 3.1 信号分析基础33-42
• 3.1.1 信号采样定理33-36
• 3.1.2 信号分析理论及技术36-42
• 3.2 天然气增压站噪声特性研究42-51
• 3.2.1 天然气增压机组噪声信号来源42-44
• 3.2.2 天然气增压机组噪声的时域特性44-48
• 3.2.3 天然气增压机组噪声的频谱特性分析48-51
• 3.3 结论51-52
• 第4章 天然气增压站主动声对抗控制器设计52-67
• 4.1 概述52
• 4.2 控制器方案的设计52-54
• 4.3 自适应滤波器设计54-61
• 4.3.1 自适应滤波器结构54-55
• 4.3.2 自适应算法的研究55-57
• 4.3.3 次级通道传递函数的建立57-61
• 4.4 多通道自适应算法研究61-64
• 4.5 多通道FxAFA达算法运算量分析64-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第5章 天然气增压站主动降噪控制仿真研究67-84
• 5.1 主动降噪控制声场模拟仿真67-73
• 5.1.1 分析软件Sysnoise简介67-68
• 5.1.2 主动降噪声场模拟68-73
• 5.2 控制算法的仿真分析73-83
• 5.2.1 仿真软件Matlab/Simulink简介73
• 5.2.2 单通道模型对比仿真分析73-82
• 5.2.3 多通道算法的仿真分析82-83
• 5.3 小结83-84
• 第6章 天然气增压站噪声控制系统设计84-93
• 6.1 天然气增压站主动降噪系统整体结构设计方案84-86
• 6.2 系统硬件的选择及设计86-89
• 6.2.1 声传感器86-87
• 6.2.2 扬声器87-88
• 6.2.3 数据采集卡的选择88-89
• 6.2.4 低通滤波器的设计89
• 6.3 系统控制软件设计89-91
• 6.4 降噪系统现场的安装91-92
• 6.4.1 传感器的布置91-92
• 6.4.2 次级声源的布置92
• 6.5 小结92-93
• 第7章 结论与下一步工作93-95
• 7.1 结论93
• 7.2 下一步的工作93-95
• 参考文献95-99
• 致谢99-100
• 附录100-103
• 附录1100-101
• 附录2101-102
• 附录3102-103
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果103

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