一种主动阻尼降噪电路及方法
一种主动阻尼降噪电路及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种主动阻尼降噪电路及方法，特别是涉及一种能够处理任何固定频 率扰动信号的主动阻尼降噪电路及方法。
【背景技术】
[0002] 主动阻尼降噪方法已经广泛应用于工业设计中，主要用于消除机电产品中噪声和 扰动。目前使用的主动阻尼方法如图1所示。
[0003] 其中，P为控制对象;C为控制器;r为系统输入，y(t)为系统输出，里面包含1个已知 频率为fr的外在扰动信号。图中虚线部分为在原控制系统之上外加的主动阻尼，其中B是一 个带通滤波器，中心频率为f r;K为常量增益系数。图1所示的闭环控制系统的传递函数为
[0005] 其中，P、C、B、K分别为控制对象、控制器、带通滤波器以及增益的传递函数。
[0006] 理论上，如果适当的选择B和K使得在频率fr处PC-PBK = O,那么在频率fr处的噪声 或扰动的影响可以完全消除。但实际上该方法存在着如下的问题从而无法保证降低噪声的 有效性：
[0007] 在目前的主动阻尼降噪法中，增益系数K的值选为控制器C在fr处的增益，而带通 滤波器B在中心频率f r处的增益为1，这样I3BK与PC在频率fr处的增益相同，即I PC I = I PBK I， 但是无法保证PBK与PC在频率fr处的相位相同。因此实际上在频率fr处PC-PBK矣0,也就是说 对噪声的抑制程度完全取决于PBK与PC在频率f r处的相位差异，所以目前的方法主要用于 对付相位是随机的扰动信号，而对于相位是固定的扰动信号作用则不明显。
【发明内容】
[0008] 为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种主动阻尼降噪电路 及方法，其可以适用于任何固定频率的扰动信号，不仅可以明显提高对噪声的抑制能力，同 时极大地简化了设计及实现的复杂度。
[0009] 为达上述及其它目的，本发明提出一种主动阻尼降噪电路，包括：
[0010] 输入加法器，将输入信号与输出信号运算得到包含干扰的误差信号；
[0011] 控制器，连接该输入加法器的输出端，将该包含干扰的误差信号处理后一路连接 至噪声消除加法器，另一路连接至降噪滤波器；
[0012] 降噪滤波器，另一端连接至噪声消除加法器；
[0013] 噪声消除加法器，输出经过噪声消除的控制信号至被控对象；
[0014] 被控对象，输出信号并反馈至该输入加法器。
[0015] 进一步地，该降噪滤波器为多个，该多个降噪滤波器并联后一端连接该控制器，另 一端连接该噪声消除加法器。
[0016] 进一步地，该输入加法器将输入信号与输出信号相减得到该包含干扰的误差信 号。
[0017] 进一步地，该电路用于对任何固定频率的扰动信号的降噪。
[0018] 为达到上述目的，本发明还提供一种主动阻尼降噪方法，包括如下步骤：
[0019] 步骤一，将输入信号与输出信号通过输入加法器运算得到包含干扰的误差信号；
[0020] 步骤二，将该包含干扰的误差信号经控制器处理后一路送至噪声消除加法器，另 一路送至降噪滤波器滤波后再送至噪声消除加法器；
[0021] 步骤三，通过噪声消除加法器输出经噪声消除的控制信号至被控对象，该控制对 象将输出信号反馈至该输入加法器。
[0022] 进一步地，于步骤二中，另一路送至多个并联的降噪滤波器滤波后再送至该噪声 消除加法器。
[0023] 进一步地，于步骤一中，将输入信号与输出信号通过输入加法器相减得到该包含 干扰的误差信号。
[0024] 进一步地，该方法用于对任何固定频率的扰动信号的降噪。
[0025] 与现有技术相比，本发明为一种主动阻尼降噪电路及方法，其可以适用于任何固 定频率的扰动信号，不仅可以明显提高对噪声的抑制能力，同时极大地简化了设计及实现 的复杂度。
【附图说明】
[0026] 图1为现有技术之主动阻尼降噪系统的结构示意图；
[0027] 图2为本发明一种主动阻尼降噪电路之第一较佳实施例的电路示意图；
[0028] 图3为本发明一种主动阻尼降噪电路之第二较佳实施例的电路示意图；
[0029] 图4为本发明一种主动阻尼降噪方法的步骤流程图；
[0030] 图5为本发明之有效性测试结果图。
【具体实施方式】
[0031] 以下通过特定的具体实例并结合【附图说明】本发明的实施方式，本领域技术人员可 由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同 的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离 本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0032] 图2为本发明一种主动阻尼降噪电路之第一较佳实施例的电路示意图。如图2所 示，本发明一种主动阻尼降噪电路，包括输入加法器10、控制器(C)20、噪声消除加法器30、 被控对象(P)40和降噪滤波器(B)50。
[0033] 其中，输入信号r与输出信号y在输入加法器10相减得到包含干扰的误差信号，该 包含干扰的误差信号经控制器(C)20处理后一路连接至噪声消除加法器30之一输入端，另 一路经降噪滤波器(B)50滤波后连接至噪声消除加法器30之另一输入端，噪声消除加法器 30之输出端输出经过噪声消除的控制信号至被控对象(P) 40，被控对象(P) 40输出信号y再 回传输入加法器10再次进行噪声消除。
[0034] 根据【背景技术】，如果适当的选择B和K使得在频率fr处PC-PBK = 0那么在频率fr处的 噪声或扰动的影响在理论上可以完全消除。在图1中如果K不是常量，而是选择为K=C，那么 图1就可以变化成本发明之图2,本发明之图2所示的闭环控制系统的传递函数为
[0036] 因为带通滤波器B在中心频率fr处的增益为1，从而保证了在频率fr处1-B = 0,因此 在频率fr处的噪声可以完全消除。
[0037] 在此需说明的是，本发明可以很容易推广到系统中存在多个已知频率噪声的情 况。比如系统中有η个不同频率的噪声，分别位于f rl，fry，frn处。那么可以设计η个带通滤 波器，B1，B 2，…，Bn，其中心频率分别为f rl，f r2，…，frn，该η个带通滤波器并联后一端接控制 器(C)，另一端接噪声消除加法器，如图3所示，通过图3的设计能够同时消除这η个噪声。
[0038] 图4为本发明一种主动阻尼降噪方法的步骤流程图。如图4所示，本发明一种主动 阻尼降噪方法，包括如下步骤：
[0039] 步骤401，将输入信号r与输出信号y通过输入加法器相减得到包含干扰的误差信 号。
[0040] 步骤402,将该包含干扰的误差信号经控制器处理后一路送至噪声消除加法器，另 一路送至降噪滤波器滤波后再送至噪声消除加法器；
[0041] 步骤403,通过噪声消除加法器输出经噪声消除的控制信号至被控对象，该控制对 象将输出信号反馈至该输入加法器。
[0042] 较佳的，于步骤402中，另一路送至多个并联的降噪滤波器滤波后再送至该噪声消 除加法器。
[0043] 图5为本发明之有效性测试结果图。图5中的信号是从实际硬盘控制系统中测量得 到的。很明显，在1830Hz左右系统中存在着严重的扰动（图中实线），如果不加以处理，系统 性能会受到很严重的影响。图中虚线是在系统中应用了本发明后的结果，可以看出本发明 可以很干净的去除1830Hz扰动对系统的影响，从而验证了本专利的有效性。
[0044] 相较于目前广泛使用的主动阻尼降噪方法，本发明在降低了设计的复杂度的同 时，明显提高了对噪声的抑制能力，同时本发明也增加了主动阻尼降噪技术的适用范围，能 够处理任何固定频率的扰动信号。
[0045]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本 领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此， 本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
【主权项】
1. 一种主动阻尼降噪电路，包括： 输入加法器，将输入信号与输出信号运算得到包含干扰的误差信号； 控制器，连接该输入加法器的输出端，将该包含干扰的误差信号处理后一路连接至噪 声消除加法器，另一路连接至降噪滤波器； 降噪滤波器，另一端连接至噪声消除加法器； 噪声消除加法器，输出经过噪声消除的控制信号至被控对象； 被控对象，输出信号并反馈至该输入加法器。2. 如权利要求1所述的一种主动阻尼降噪电路，其特征在于：该降噪滤波器为多个，该 多个降噪滤波器并联后一端连接该控制器，另一端连接该噪声消除加法器。3. 如权利要求1所述的一种主动阻尼降噪电路，其特征在于:该输入加法器将输入信号 与输出信号相减得到该包含干扰的误差信号。4. 如权利要求1所述的一种主动阻尼降噪电路，其特征在于:该电路用于对任何固定频 率的扰动信号的降噪。5. -种主动阻尼降噪方法，包括如下步骤： 步骤一，将输入信号与输出信号通过输入加法器运算得到包含干扰的误差信号； 步骤二，将该包含干扰的误差信号经控制器处理后一路送至噪声消除加法器，另一路 送至降噪滤波器滤波后再送至噪声消除加法器； 步骤三，通过噪声消除加法器输出经噪声消除的控制信号至被控对象，该控制对象将 输出信号反馈至该输入加法器。6. 如权利要求5所述的一种主动阻尼降噪方法，其特征在于：于步骤二中，另一路送至 多个并联的降噪滤波器滤波后再送至该噪声消除加法器。7. 如权利要求5所述的一种主动阻尼降噪方法，其特征在于：于步骤一中，将输入信号 与输出信号通过输入加法器相减得到该包含干扰的误差信号。8. 如权利要求5所述的一种主动阻尼降噪方法，其特征在于:该方法用于对任何固定频 率的扰动信号的降噪。
【专利摘要】本发明公开了一种主动阻尼降噪电路及方法，该电路包括：输入加法器，将输入信号与输出信号运算得到包含干扰的误差信号；控制器，连接该输入加法器的输出端，将该包含干扰的误差信号处理后一路连接至噪声消除加法器，另一路连接至降噪滤波器；降噪滤波器，另一端连接至噪声消除加法器；噪声消除加法器，输出经过噪声消除的控制信号至被控对象；被控对象，输出信号并反馈至该输入加法器,本发明不仅可以明显提高对噪声的抑制能力，同时极大地简化了设计及实现的复杂度。
【IPC分类】G11B20/10, G11B20/24
【公开号】CN105489232
【申请号】CN201510835984
【发明人】贾庆伟
【申请人】宁波斯凯勒智能科技有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月26日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种主动阻尼降噪电路及方法，特别是涉及一种能够处理任何固定频 率扰动信号的主动阻尼降噪电路及方法。
【背景技术】
[0002] 主动阻尼降噪方法已经广泛应用于工业设计中，主要用于消除机电产品中噪声和 扰动。目前使用的主动阻尼方法如图1所示。
[0003] 其中，P为控制对象;C为控制器;r为系统输入，y(t)为系统输出，里面包含1个已知 频率为fr的外在扰动信号。图中虚线部分为在原控制系统之上外加的主动阻尼，其中B是一 个带通滤波器，中心频率为f r;K为常量增益系数。图1所示的闭环控制系统的传递函数为
[0005] 其中，P、C、B、K分别为控制对象、控制器、带通滤波器以及增益的传递函数。
[0006] 理论上，如果适当的选择B和K使得在频率fr处PC-PBK = O,那么在频率fr处的噪声 或扰动的影响可以完全消除。但实际上该方法存在着如下的问题从而无法保证降低噪声的 有效性：
[0007] 在目前的主动阻尼降噪法中，增益系数K的值选为控制器C在fr处的增益，而带通 滤波器B在中心频率f r处的增益为1，这样I3BK与PC在频率fr处的增益相同，即I PC I = I PBK I， 但是无法保证PBK与PC在频率fr处的相位相同。因此实际上在频率fr处PC-PBK矣0,也就是说 对噪声的抑制程度完全取决于PBK与PC在频率f r处的相位差异，所以目前的方法主要用于 对付相位是随机的扰动信号，而对于相位是固定的扰动信号作用则不明显。
【发明内容】
[0008] 为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种主动阻尼降噪电路 及方法，其可以适用于任何固定频率的扰动信号，不仅可以明显提高对噪声的抑制能力，同 时极大地简化了设计及实现的复杂度。
[0009] 为达上述及其它目的，本发明提出一种主动阻尼降噪电路，包括：
[0010] 输入加法器，将输入信号与输出信号运算得到包含干扰的误差信号；
[0011] 控制器，连接该输入加法器的输出端，将该包含干扰的误差信号处理后一路连接 至噪声消除加法器，另一路连接至降噪滤波器；
[0012] 降噪滤波器，另一端连接至噪声消除加法器；
[0013] 噪声消除加法器，输出经过噪声消除的控制信号至被控对象；
[0014] 被控对象，输出信号并反馈至该输入加法器。
[0015] 进一步地，该降噪滤波器为多个，该多个降噪滤波器并联后一端连接该控制器，另 一端连接该噪声消除加法器。
[0016] 进一步地，该输入加法器将输入信号与输出信号相减得到该包含干扰的误差信 号。
[0017] 进一步地，该电路用于对任何固定频率的扰动信号的降噪。
[0018] 为达到上述目的，本发明还提供一种主动阻尼降噪方法，包括如下步骤：
[0019] 步骤一，将输入信号与输出信号通过输入加法器运算得到包含干扰的误差信号；
[0020] 步骤二，将该包含干扰的误差信号经控制器处理后一路送至噪声消除加法器，另 一路送至降噪滤波器滤波后再送至噪声消除加法器；
[0021] 步骤三，通过噪声消除加法器输出经噪声消除的控制信号至被控对象，该控制对 象将输出信号反馈至该输入加法器。
[0022] 进一步地，于步骤二中，另一路送至多个并联的降噪滤波器滤波后再送至该噪声 消除加法器。
[0023] 进一步地，于步骤一中，将输入信号与输出信号通过输入加法器相减得到该包含 干扰的误差信号。
[0024] 进一步地，该方法用于对任何固定频率的扰动信号的降噪。
[0025] 与现有技术相比，本发明为一种主动阻尼降噪电路及方法，其可以适用于任何固 定频率的扰动信号，不仅可以明显提高对噪声的抑制能力，同时极大地简化了设计及实现 的复杂度。
【附图说明】
[0026] 图1为现有技术之主动阻尼降噪系统的结构示意图；
[0027] 图2为本发明一种主动阻尼降噪电路之第一较佳实施例的电路示意图；
[0028] 图3为本发明一种主动阻尼降噪电路之第二较佳实施例的电路示意图；
[0029] 图4为本发明一种主动阻尼降噪方法的步骤流程图；
[0030] 图5为本发明之有效性测试结果图。
【具体实施方式】
[0031] 以下通过特定的具体实例并结合【附图说明】本发明的实施方式，本领域技术人员可 由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同 的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离 本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0032] 图2为本发明一种主动阻尼降噪电路之第一较佳实施例的电路示意图。如图2所 示，本发明一种主动阻尼降噪电路，包括输入加法器10、控制器(C)20、噪声消除加法器30、 被控对象(P)40和降噪滤波器(B)50。
[0033] 其中，输入信号r与输出信号y在输入加法器10相减得到包含干扰的误差信号，该 包含干扰的误差信号经控制器(C)20处理后一路连接至噪声消除加法器30之一输入端，另 一路经降噪滤波器(B)50滤波后连接至噪声消除加法器30之另一输入端，噪声消除加法器 30之输出端输出经过噪声消除的控制信号至被控对象(P) 40，被控对象(P) 40输出信号y再 回传输入加法器10再次进行噪声消除。
[0034] 根据【背景技术】，如果适当的选择B和K使得在频率fr处PC-PBK = 0那么在频率fr处的 噪声或扰动的影响在理论上可以完全消除。在图1中如果K不是常量，而是选择为K=C，那么 图1就可以变化成本发明之图2,本发明之图2所示的闭环控制系统的传递函数为
[0036] 因为带通滤波器B在中心频率fr处的增益为1，从而保证了在频率fr处1-B = 0,因此 在频率fr处的噪声可以完全消除。
[0037] 在此需说明的是，本发明可以很容易推广到系统中存在多个已知频率噪声的情 况。比如系统中有η个不同频率的噪声，分别位于f rl，fry，frn处。那么可以设计η个带通滤 波器，B1，B 2，…，Bn，其中心频率分别为f rl，f r2，…，frn，该η个带通滤波器并联后一端接控制 器(C)，另一端接噪声消除加法器，如图3所示，通过图3的设计能够同时消除这η个噪声。
[0038] 图4为本发明一种主动阻尼降噪方法的步骤流程图。如图4所示，本发明一种主动 阻尼降噪方法，包括如下步骤：
[0039] 步骤401，将输入信号r与输出信号y通过输入加法器相减得到包含干扰的误差信 号。
[0040] 步骤402,将该包含干扰的误差信号经控制器处理后一路送至噪声消除加法器，另 一路送至降噪滤波器滤波后再送至噪声消除加法器；
[0041] 步骤403,通过噪声消除加法器输出经噪声消除的控制信号至被控对象，该控制对 象将输出信号反馈至该输入加法器。
[0042] 较佳的，于步骤402中，另一路送至多个并联的降噪滤波器滤波后再送至该噪声消 除加法器。
[0043] 图5为本发明之有效性测试结果图。图5中的信号是从实际硬盘控制系统中测量得 到的。很明显，在1830Hz左右系统中存在着严重的扰动（图中实线），如果不加以处理，系统 性能会受到很严重的影响。图中虚线是在系统中应用了本发明后的结果，可以看出本发明 可以很干净的去除1830Hz扰动对系统的影响，从而验证了本专利的有效性。
[0044] 相较于目前广泛使用的主动阻尼降噪方法，本发明在降低了设计的复杂度的同 时，明显提高了对噪声的抑制能力，同时本发明也增加了主动阻尼降噪技术的适用范围，能 够处理任何固定频率的扰动信号。
[0045]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本 领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此， 本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
【主权项】
1. 一种主动阻尼降噪电路，包括： 输入加法器，将输入信号与输出信号运算得到包含干扰的误差信号； 控制器，连接该输入加法器的输出端，将该包含干扰的误差信号处理后一路连接至噪 声消除加法器，另一路连接至降噪滤波器； 降噪滤波器，另一端连接至噪声消除加法器； 噪声消除加法器，输出经过噪声消除的控制信号至被控对象； 被控对象，输出信号并反馈至该输入加法器。2. 如权利要求1所述的一种主动阻尼降噪电路，其特征在于：该降噪滤波器为多个，该 多个降噪滤波器并联后一端连接该控制器，另一端连接该噪声消除加法器。3. 如权利要求1所述的一种主动阻尼降噪电路，其特征在于:该输入加法器将输入信号 与输出信号相减得到该包含干扰的误差信号。4. 如权利要求1所述的一种主动阻尼降噪电路，其特征在于:该电路用于对任何固定频 率的扰动信号的降噪。5. -种主动阻尼降噪方法，包括如下步骤： 步骤一，将输入信号与输出信号通过输入加法器运算得到包含干扰的误差信号； 步骤二，将该包含干扰的误差信号经控制器处理后一路送至噪声消除加法器，另一路 送至降噪滤波器滤波后再送至噪声消除加法器； 步骤三，通过噪声消除加法器输出经噪声消除的控制信号至被控对象，该控制对象将 输出信号反馈至该输入加法器。6. 如权利要求5所述的一种主动阻尼降噪方法，其特征在于：于步骤二中，另一路送至 多个并联的降噪滤波器滤波后再送至该噪声消除加法器。7. 如权利要求5所述的一种主动阻尼降噪方法，其特征在于：于步骤一中，将输入信号 与输出信号通过输入加法器相减得到该包含干扰的误差信号。8. 如权利要求5所述的一种主动阻尼降噪方法，其特征在于:该方法用于对任何固定频 率的扰动信号的降噪。
【专利摘要】本发明公开了一种主动阻尼降噪电路及方法，该电路包括：输入加法器，将输入信号与输出信号运算得到包含干扰的误差信号；控制器，连接该输入加法器的输出端，将该包含干扰的误差信号处理后一路连接至噪声消除加法器，另一路连接至降噪滤波器；降噪滤波器，另一端连接至噪声消除加法器；噪声消除加法器，输出经过噪声消除的控制信号至被控对象；被控对象，输出信号并反馈至该输入加法器,本发明不仅可以明显提高对噪声的抑制能力，同时极大地简化了设计及实现的复杂度。
【IPC分类】G11B20/10, G11B20/24
【公开号】CN105489232
【申请号】CN201510835984
【发明人】贾庆伟
【申请人】宁波斯凯勒智能科技有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月26日
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