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        模糊控制算法在發(fā)動機(jī)排氣管道有源消聲系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

        2018-05-14 13:52:19王娟王俊

        王娟 王俊

        [摘 要] 利用模糊控制算法對管道有源噪聲控制技術(shù)進(jìn)行探索研究,設(shè)計(jì)出了模糊控制器,并基于matlab軟件對模糊控制算法進(jìn)行了仿真,仿真結(jié)果表明,模糊控制算法在管道有源噪聲控制中具有良好效果,其輸出誤差低于目前常用的自適應(yīng)控制器的輸出誤差。

        [關(guān) 鍵 詞] 模糊控制算法;有源消聲;matlab;仿真

        [中圖分類號] TB535 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603(2018)20-0105-01

        發(fā)動機(jī)排氣管道有源噪聲控制技術(shù)是指通過在排氣管內(nèi)產(chǎn)生次級聲信號與源噪聲信號產(chǎn)生相消性干涉,從而在管道下游出口達(dá)到降低噪聲的目的。在整個發(fā)動機(jī)有源噪聲控制系統(tǒng)中,控制結(jié)構(gòu)比較容易實(shí)現(xiàn),整個系統(tǒng)性能的關(guān)鍵在于控制算法。管道有源噪聲控制算法實(shí)現(xiàn):一是控制器能實(shí)時地對被控聲場進(jìn)行預(yù)測;二是能夠補(bǔ)償次級聲道傳遞函數(shù)及非線性或未建模動力學(xué)的影響。而現(xiàn)在國內(nèi)在管道噪聲的有源控制中大都采用自適應(yīng)控制算法,但自適應(yīng)控制算法存在響應(yīng)慢和對非線性環(huán)節(jié)的補(bǔ)償能力不理想的問題,文獻(xiàn)查閱表明目前國內(nèi)外很少將智能模糊控制算法用于管道噪聲的有源控制中,本文試圖在控制算法上做探討,研究模糊控制算法在管道噪聲的有源控制中的有效性及效果。

        一、模糊控制原理

        模糊控制是一種線性智能控制。它是在模糊數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上,利用模糊集合、模糊關(guān)系、模糊推理來模仿人的思維,來判斷推理解決問題。

        二、模糊控制器的設(shè)計(jì)

        在整個模糊控制系統(tǒng)中,控制器是核心,其硬件由微機(jī)或單片機(jī)組成;軟件則通過模糊控制算法來實(shí)現(xiàn)。因此模糊控制器的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是設(shè)計(jì)模糊控制算法。

        要對模糊控制算法在有源噪聲控制中的應(yīng)用進(jìn)行初步探索,所以對于模糊控制器采用單輸入單輸出。根據(jù)發(fā)動機(jī)排氣管道有源消聲的基本原理得到模糊控制算法的發(fā)動機(jī)排氣管道有源噪聲控制系統(tǒng)模型,如下圖:

        基于上述的理論和控制器的設(shè)計(jì)原則,對管道有源消聲系統(tǒng)的模糊控制器設(shè)計(jì)如下:

        a在模糊控制的管道有源消聲系統(tǒng)中把初級噪聲源d(n)作為模糊控制器的給定值。定義模糊控制器的輸出信號為次級源信號y(n)。誤差e(n)=y(n)+d(n)作為模糊控制器的輸入變量。

        b輸入變量和輸出變量的語言描述

        設(shè)誤差e的論域?yàn)閄,并將誤差大小量化為九個等級分別表示為-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,則有:X={-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4};同時定義描述輸入量的語言值的模糊子集為{負(fù)大,負(fù)中,負(fù)小,零,正小,正中,正大},用字母表示為{NB,NM,NS,O,PS,PM,PB}。選擇控制量y的論域?yàn)閅,并同X一樣也把控制量的大小化為九個等級,即:Y={-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4},同理得出輸出變量的語言值的模糊子集為{負(fù)大,負(fù)中,負(fù)小,零,正小,正中,正大},用字母表示為{NB,NM,NS,O,PS,PM,PB}。

        c模糊控制規(guī)則的語言描述

        根據(jù)手動控制策略,可以將該系統(tǒng)的模糊控制規(guī)則設(shè)定如下:

        三、模糊控制算法的matlab仿真

        由于matlab軟件中提供了fuzzy命令,很容易實(shí)現(xiàn)模糊控制算法的仿真。因此,通過對fuzzy設(shè)計(jì)器界面中的input模塊和output模塊進(jìn)行輸入模糊量的隸屬函數(shù)和輸出量的隸屬函數(shù)設(shè)計(jì)。對設(shè)計(jì)好的模糊控制器在matlab/simulink中進(jìn)行模型的搭建。同時對比自適應(yīng)算法在matlab中的模型圖。

        在simulink中建立了基于模糊控制的發(fā)動機(jī)排氣管道有源消聲系統(tǒng)。對兩種控制算法進(jìn)行matlab仿真得到仿真結(jié)果如下圖:

        通過仿真結(jié)果可以看出,應(yīng)用模糊控制的管道有源消聲系統(tǒng)的消聲誤差被控制在-0.2到0.2之間,完全符合之前所設(shè)的-0.5到0.5的范圍。將模糊控制算法的仿真結(jié)果與自適應(yīng)控制算法的仿真結(jié)果進(jìn)行對比,模糊控制算法的消聲效果較好。

        四、結(jié)論

        本文主要針對發(fā)動機(jī)排氣管道有源消聲系統(tǒng)的控制算法進(jìn)行了新的探索。對基于模糊控制算法的發(fā)動機(jī)排氣管道有源消聲系統(tǒng)進(jìn)行了模糊控制器的建立,模糊算法分析和模糊子集的確定,在matlab/simulink軟件中建立仿真模型,并進(jìn)行了仿真。模糊控制算法和自適應(yīng)控制算法模塊框圖和仿真圖形進(jìn)行對比,可以明顯看到,模糊控制算法不僅能夠達(dá)到所需要的控制效果,而且比自適應(yīng)控制算法整個系統(tǒng)的構(gòu)成更加簡練。盡管本文還有一些不足之處,但是對發(fā)動機(jī)排氣管道有源消聲技術(shù)算法的理論研究具有一定的價值。

        參考文獻(xiàn):

        [1]劉曙光.模糊控制技術(shù)[M].北京:中國紡織出版社,2001:85-102.

        [2]王季方,盧正鼎.模糊控制中隸屬度函數(shù)的確定方法[J].河南科學(xué),2000(18):349-351.

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