模糊控制算法在發動機排氣管道有源消聲系統中的應用研究

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進行探索研究，設計出了模糊控制器，并基于matlab軟件對模糊控制算法進行了仿真，仿真結果表明，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控制器的輸出誤差。

[關 鍵 詞] 模糊控制算法；有源消聲；matlab；仿真

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

發動機排氣管道有源噪聲控制技術是指通過在排氣管內產生次級聲信號與源噪聲信號產生相消性干涉，從而在管道下游出口達到降低噪聲的目的。在整個發動機有源噪聲控制系統中，控制結構比較容易實現，整個系統性能的關鍵在于控制算法。管道有源噪聲控制算法實現：一是控制器能實時地對被控聲場進行預測；二是能夠補償次級聲道傳遞函數及非線性或未建模動力學的影響。而現在國內在管道噪聲的有源控制中大都采用自適應控制算法，但自適應控制算法存在響應慢和對非線性環節的補償能力不理想的問題，文獻查閱表明目前國內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。它是在模糊數學的基礎上，利用模糊集合、模糊關系、模糊推理來模仿人的思維，來判斷推理解決問題。

二、模糊控制器的設計

在整個模糊控制系統中，控制器是核心，其硬件由微機或單片機組成；軟件則通過模糊控制算法來實現。因此模糊控制器的設計關鍵是設計模糊控制算法。

要對模糊控制算法在有源噪聲控制中的應用進行初步探索，所以對于模糊控制器采用單輸入單輸出。根據發動機排氣管道有源消聲的基本原理得到模糊控制算法的發動機排氣管道有源噪聲控制系統模型，如下圖：

基于上述的理論和控制器的設計原則，對管道有源消聲系統的模糊控制器設計如下：

a在模糊控制的管道有源消聲系統中把初級噪聲源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

設誤差e的論域為X，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{負大，負中，負小，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的論域為Y，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{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大}，用字母表示為{NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}。

c模糊控制規則的語言描述

根據手動控制策略，可以將該系統的模糊控制規則設定如下：

三、模糊控制算法的matlab仿真

由于matlab軟件中提供了fuzzy命令，很容易實現模糊控制算法的仿真。因此，通過對fuzzy設計器界面中的input模塊和output模塊進行輸入模糊量的隸屬函數和輸出量的隸屬函數設計。對設計好的模糊控制器在matlab/simulink中進行模型的搭建。同時對比自適應算法在matlab中的模型圖。

在simulink中建立了基于模糊控制的發動機排氣管道有源消聲系統。對兩種控制算法進行matlab仿真得到仿真結果如下圖：

通過仿真結果可以看出，應用模糊控制的管道有源消聲系統的消聲誤差被控制在-0.2到0.2之間，完全符合之前所設的-0.5到0.5的范圍。將模糊控制算法的仿真結果與自適應控制算法的仿真結果進行對比，模糊控制算法的消聲效果較好。

四、結論

本文主要針對發動機排氣管道有源消聲系統的控制算法進行了新的探索。對基于模糊控制算法的發動機排氣管道有源消聲系統進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，并進行了仿真。模糊控制算法和自適應控制算法模塊框圖和仿真圖形進行對比，可以明顯看到，模糊控制算法不僅能夠達到所需要的控制效果，而且比自適應控制算法整個系統的構成更加簡練。盡管本文還有一些不足之處，但是對發動機排氣管道有源消聲技術算法的理論研究具有一定的價值。

參考文獻：

[1]劉曙光.模糊控制技術[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的確定方法[J].河南科學，2000（18）：349-351.