Page 209 - 《振动工程学报》2026年第2期

第 2 期 刘学贤，等：宽窄带混合噪声的多目标优化控制方法研究 525

控制结构的参考输入重新设置，进一步提高了针对 … 窄带控制子模型
转速 cos(ω i n) x ai (n) +
多个单频噪声成分的控制效果和对突发干扰的鲁棒 α i (n) y n … ∑
性。JIANG 等 [8] 提出了一种改进宽窄带混合控制的 sin(ω i n) x bi (n) b i (n) … +
′
…
实车系统，消除了宽带和窄带控制子结构之间误差 G v x ai (n)
信号的耦合，同时将波动的转速信号光滑处理，仿真 G v x bi (n) FxLMS e(n)
′
证明该系统提高了两部分噪声的控制性能。但是以 x(n) d(n) ∑
P v + +
上学者的研究只关注同时对宽带噪声和窄带噪声进 y b + y u
w b ∑ G v
行降噪，且目前几乎没有车辆应用混合噪声控制系
宽带控制子模型
FxLMS
统,大多停留在仿真阶段。 G v

针对主动控制后的残余噪声，单纯的降低噪声 图 1 宽窄带混合噪声自适应滤波模型示意图
并不能满足人们对于车内声品质的要求，因此提出 Fig. 1 Diagram of adaptive filtering model for broadband and
通过多目标自适应优化控制的方法改善车内声品质 narrowband hybrid noise
状况。KUO 等 [9] 较早地针对窄带噪声提出了基于可 x ai (n) = cos(ω i n)，
调增益或衰减因子的自适应均衡器，之后又在自适 x bi (n) = sin(ω i n) （1）
，
应均衡器的基础上提出了主动声品质控制的概念。 式中， ω i =2πf i /f s f s 为控制模型的采样频率， 为需要控
f i
后续不少学者 [10-14] 围绕这个思路开展了不同算法的 制的第 i 个阶次噪声对应的频率 [18] ，具体可以表示为：
研究。GONZALEZ 等 [15] 率先指出发动机噪声主动 f i = n r τ Q i （2）
60η
控制后的声学舒适性不仅取决于可降低的声压级，
式中， n r 为发动机的转速； τ为发动机缸数； η为发动
还和控制后的残余噪声频谱有很大的关系。RYU 等 [16]
机冲程数； Q i 为需要控制发动机噪声的阶数。
基于指令 FxLMS 算法设计完成了一个封闭空间内
窄带噪声控制子模型的输出信号矢量 y n 表示为：
的主动声音控制系统以改善内封闭空间内的声品
质。但目前所有的车内声品质控制系统仅针对发动 y n (n) = N ∑[ ˆ α i (n) x ai (n)+ b i (n) x bi (n) ] （3）
ˆ
机噪声所搭建，在宽窄带混合噪声控制系统中尚未 i=1
ˆ
有针对感知听觉控制的应用。 式中，N 为目标噪声中阶次噪声个数； ˆ α i (n)和b i (n)为
自适应窄带控制子模型的两个控制滤波器矢量；在
本文针对车内宽窄带混合噪声多目标优化问
每个时刻同样由 FxLMS 算法更新得到：
题，提出了一种多目标优化控制方法，该方法由宽带
′
控制子模型、窄带控制子模型、误差信号分离子模 ˆ α i (n+1)= ˆ α i (n)+α ni x ai (n)e(n),
ˆ
ˆ
′
型以及误差信号设计子模型组成。其中，宽带控制 b i (n+1)=b i (n)+α ni x bi (n)e(n) （4）
子模型采用前馈结构，窄带控制子模型采用延时陷 式中， x (n)和 x (n)由参考信号 x ai (n) x bi (n)与传递函
、
′
′
ai bi
波 算 法 。 该 控 制 方 法 在 降 低 宽 带 噪 声 的 前 提 下， 数矩阵 G v 卷积得到； e(n)为误差信号矢量； α ni 为自适
ˆ
可以实现对发动机不同阶次对应的峰值噪声的个性 应窄带控制子模型的步长。

化 设 计， 从 而 对 车 辆 内 部 噪 声 的 声 品 质 进 行 主 动 1.1.2 宽带控制子模型
控制。 宽带控制子模型主要控制道路噪声，其噪声信

号 由 道 路 随 机 信 号 组 成， 主 要 根 据 前 馈 自 适 应 滤
1 混 合 噪 声 多 目 标 优 化 控 制 方 法 波器来控制。其中， x(n)为参考信号，由 K 个振动参
考传感器在第 时刻的采样信号组成。误差信号矢
n
1.1 宽窄带混合噪声自适应滤波模型 量 e(n)由 L 个误差传声器处的采样信号组成，可以表
示为：
混合控制算法一般利用前馈式 FxLMS 算法对宽
（5）
带噪声进行控制，同时使用特定的窄带算法对发动 e(n) = d(n)+G v y u
式中，初级信号矢量 d(n)可以表示为参考信号矢量
机阶次噪声进行陷波降噪，其算法框图如图 1 所示。

x(n)经传递函数矩阵 P v 卷积的信号； G v 为 M 个次级
1.1.1 窄带控制子模型
声源到 L 个误差传声器之间的次级传递函数矩阵，
窄带控制子模型主要控制发动机噪声，其噪声
由 J 阶 FIR 滤波器构建，表示为：
信号由不同频率分量的窄带信号组成，主要通过延时
陷波滤波器 [17] 来控制。采用转速传感器采集发动机 G v = [G 1 ,G 2 ,···,G L ] T （6）
[
T
转速信号，第 n 时刻的窄带噪声控制子模型的参考 式中, G L = G ,G ,···,G T lM ] T , G lm 为第 m 个次级声源到
T
l2
l1
信号 x ai (n) x bi (n)，表示为： 第 l 个误差传声器处的单位脉冲响应。
、