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【信号处理】预测和反反馈主动噪声和振动控制算法附matlab代码

news 2026/7/9 11:23:09

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🔥 内容介绍

一、研究背景与问题描述

1. 工程场景

主动噪声控制 (ANC)、主动振动控制 (AVC) 统称主动噪声振动控制 ANVC，广泛应用：机舱 / 潜艇低频噪声、电机齿轮箱振动、车载路噪、建筑结构减振、飞行器舱内脉动压力抑制。传统两类单架构缺陷：

前馈预测型 ANC（FxLMS/FxNLMS）依赖参考传感器采集初级扰动，可提前预测干扰，但无误差闭环校正；次级通道辨识失配、时变扰动、无参考干扰时抑制效果大幅衰减；无法消除传感器测量噪声、次级通道漂移带来的残余误差。
纯反馈型 ANC（Youla、IMC、反反馈结构）仅依靠误差传感器闭环反馈，无需参考信号；但无预测能力，对低频慢变干扰收敛慢、瞬态超调大，宽频扰动下抑制深度不足，易出现振荡失稳。

核心创新思路：预测 + 反反馈复合 ANVC 架构

融合前馈预测支路+反反馈闭环校正支路，形成双通路复合控制：

预测支路：基于历史扰动序列自适应预测未来噪声 / 振动，提前生成抵消信号，抑制稳态周期性干扰；
反反馈支路：以误差传感器残余振动 / 噪声为反馈量，构造逆模型闭环校正，补偿次级通道失配、时变扰动、无参考随机扰动；二者并行输出叠加为总次级控制信号，兼顾稳态抑制深度、瞬态收敛速度与时变鲁棒性。

二、系统数学模型定义

1. 基础通道模型

初级通道 P(z)：原始噪声 / 振动激励到误差传感器传递函数；
次级通道 S(z)：作动器输出控制信号到误差传感器通道（含功放、作动器、结构 / 声学耦合，时变）；
预测滤波器 Wp(z)：前馈自适应预测控制器；
反反馈控制器 Wf(z)：闭环反馈自适应校正控制器；
d(n)：初级扰动（噪声 / 振动原始信号）；e(n)：误差传感器残余信号；y(n)：总次级控制输出；yp(n) 预测支路输出；yf(n) 反馈支路输出。

总控制信号：y(n)=yp(n)+yf(n)误差信号：e(n)=d(n)+S(z)y(n)

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

function plot_xy_p2(x,y)M = size(y,2);if M > 1sorted = sort(y,2);plot(x,sorted(:,ceil(0.50*M)), 'color', 'black');hold on;plot(x,sorted(:,ceil(0.01*M)), 'color', 'black', 'LineStyle',':');plot(x,sorted(:,ceil(0.25*M)), 'color', 'black', 'LineStyle',':');plot(x,sorted(:,ceil(0.75*M)), 'color', 'black', 'LineStyle',':');plot(x,sorted(:,ceil(0.90*M)), 'color', 'black', 'LineStyle',':');plot(x,sorted(:,ceil(0.99*M)), 'color', 'black', 'LineStyle',':');hold off;elseplot(x,y, 'color', 'black')endend