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研究生:陳登銳
研究生(外文):Deng-Rui Chen
論文名稱:適應性基因演算法在主動噪音控制系統之應用
論文名稱(外文):Application of Adaptive Genetic Algorithm in Active Noise Control Systems
指導教授:張政元張政元引用關係
指導教授(外文):Cheng-Yuan Chang
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:電機工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:主動噪音控制基因演算法適應性基因演算法次級路徑局部最佳解FXLMS演算法
外文關鍵詞:Genetic Algorithmlocal minimaAdaptive Genetic Algorithmsecondary pathFXLMSActive Noise Control
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本篇論文以主動噪音控制系統為基礎,提出適應基因演算法用在主動噪音控制來取代傳統的FXLMS演算法,並增進主動噪音控制系統的效能。論文中詳細介紹整個基因演算法應用主動噪音控制的流程,並歸納出利用基因演算法有幾個優點,最主要可以不用評估次級路徑,傳統FXLMS需要做這項步驟,要花費比較多時間,而且評估的不好,消音的效果也會有限。傳統FXLMS演算法則是利用單點搜尋,所以比較容易落入局部最佳解的陷阱,而基因演算法本身就是一種相當有效並強健的多點搜尋最佳解技術,利用多個起點來搜尋最佳的一個解,因此可以有效的預防落入局部最佳解的問題。在基因演算法裡交配率和突變率是很重要的參數,選擇的不理想會導致搜尋到局部最佳解,於是結合適應性基因演算法,利用適應函數來調整交配率與突變率的參數,在每世代的交配和突變都使用最適合的交配率和突變率。最後,本論文以MATLAB來做模擬的方式,利用不同的路徑來驗證結果,模擬結果有相當不錯的效果。
This proposes an adaptive genetic algorithm (AGA) for the active noise control (ANC) system. The conventional ANC system often utilizes the filtered-X LMS (FXLMS) algorithm to update the coefficients of the linear finite impulse response (FIR) and nonlinear Volterra filters for its simplicity; meanwhile, the FXLMS algorithm may converge to local minima. In this work, FXLMS algorithm is replaced with AGA to prevent the local minima problem. Additionally, the proposed AGA method does not require identifying the secondary path for the ANC, explaining why no plant measurement is necessary when designing an AGA based ANC system. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed AGA method can suppress the nonlinear noise interference under several situations without clearly identifying the secondary path.
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 IX
中英文對照表 X
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 本論文的貢獻 4
1.4 論文內容概要 5
第二章 主動噪音控制系統 6
2.1 主動噪音控制系統架構 6
2.1.1 前饋式(Feedforward) 6
2.1.2 回饋式(Feedback) 6
2.1.2 混合式(Hybrid) 7
2.2 FIR濾波器結合Filtered-X LMS (FXLMS)演算法 8
2.3 Volterra濾波器結合Filtered-X LMS (VFXLMS) 演算法 10
2.3.1 Volterra濾波器簡介 10
2.3.2 Volterra級數 10
2.3.3 Volterra濾波器用在主動噪音控制系統 11
2.4 離線式次級路徑評估 13
第三章 適應性基因演算法在主動噪音控制之應用 15
3.1 基因演算法(Genetic Algorithm, GA) 15
3.2 適應性基因演算法 (Adaptive Genetic Algorithm, AGA) 20
3.2.1 適應性交配率(Adaptive Crossover Rate) 20
3.2.2 適應性突變率(Adaptive Mutation Rate) 21
3.3 適應性基因演算法用於主動噪音控制之流程 22
3.3.1 FIR濾波器結合適應性基因演算法(FAGA) 24
3.3.2 Volterra濾波器結合適應性基因演算法(VAGA) 30
第四章 實驗結果 36
4.1 系統參數設定 36
4.2 模擬結果 38
4.2.1 單頻噪音(Narrowband Noise) 39
4.2.2 寬頻噪音(Broadband Noise) 47
4.2.3雙寬頻噪音(Dual Broadband Noise) 55
第五章 結論與未來展望 64
5.1 結論 64
5.2未來展望 65
參考文獻 66

圖目錄

圖1.1 主動式噪音控制概念圖 1
圖2.1 前饋式主動噪音控制 6
圖2.2回饋式主動噪音控制 7
圖2.3混合式主動噪音控制 7
圖2.4主動噪音控制利用FXLMS演算法之方塊圖 8
圖2.5 FIR濾波器架構 8
圖2.6 主動噪音控制利用VFXLMS演算法方塊圖 11
圖2.7 離線式次級路徑評估方塊圖 13
圖3.1 基因演算法操作流程圖 16
圖3.2 單點交配法 18
圖3.3 雙點交配法 18
圖3.4 字罩交配法 18
圖3.5 突變情形 19
圖3.6主動噪音控制利用AGA之流程圖 23
圖3.7主動噪音控制利用AGA之方塊圖 24
圖3.8 混合式編碼法架構圖 24
圖3.9 係數0.0068使用混合式編碼法結果圖 25
圖3.10 Generational-replacement法 29
圖3.11主動噪音控制利用VAGA之方塊圖 31
圖4.1 線性主級路徑和線性次級路徑使用FXLMS於單頻200Hz結果圖 39
圖4.2 線性主級路徑和線性次級路徑使用FAGA於單頻200Hz結果圖 39
圖4.3 線性主級路徑和線性次級路徑使用AGA於單頻200Hz適合函數圖 40
圖4.4 線性主級路徑和非線性次級路徑使用FXLMS於單頻200Hz結果圖 41
圖4.5 線性主級路徑和非線性次級路徑使用FAGA於單頻200Hz結果圖 41
圖4.6 線性主級路徑和非線性次級路徑使用AGA於單頻200Hz適合函數圖 42
圖4.7 非線性主級路徑和線性次級路徑使用FXLMS於單頻200Hz結果圖 43
圖4.8 非線性主級路徑和線性次級路徑使用FAGA於單頻200Hz結果圖 43
圖4.9 非線性主級路徑和線性次級路徑使用AGA於單頻200Hz適合函數圖 44
圖4.10 非線性主級路徑和非線性次級路徑使用FXLMS於單頻200Hz結果圖 45
圖4.11 非線性主級路徑和非線性次級路徑使用FAGA於單頻200Hz結果圖 45
圖4.12 非線性主級路徑和次級路徑使用AGA於單頻200Hz適合函數圖 46
圖4.13 線性主級路徑和線性次級路徑使用FXLMS於寬頻200-300Hz結果圖 47
圖4.14 線性主級路徑和線性次級路徑使用FAGA於寬頻200-300Hz結果圖 47
圖4.15 線性主級路徑和線性次級路徑使用AGA於寬頻200-300Hz適合函數圖 48
圖4.16 線性主級路徑和非線性次級路徑使用FXLMS於寬頻200-300Hz結果圖 49
圖4.17 線性主級路徑和非線性次級路徑使用FAGA於寬頻200-300Hz結果圖 49
圖4.18 線性主級路徑和非線性次級路徑使用AGA於寬頻200-300Hz適合函數圖 50
圖4.19 非線性主級路徑和線性次級路徑使用FXLMS於寬頻200-300Hz結果圖 51
圖4.20 非線性主級路徑和線性次級路徑使用FAGA於寬頻200-300Hz結果圖 51
圖4.21 非線性主級路徑和線性次級路徑使用AGA於寬頻200-300Hz適合函數圖 52
圖4.22 非線性主級路徑和非線性次級路徑使用FXLMS於寬頻200-300Hz結果圖 53
圖4.23 非線性主級路徑和非線性次級路徑使用FAGA於寬頻200-300Hz結果圖 53
圖4.24 非線性主級路徑和非線性次級路徑使用AGA於寬頻200-300Hz適合函數圖 54
圖4.25 線性主級路徑和線性次級路徑使用FXLMS於雙寬頻200-300Hz +400-600Hz結果圖 55
圖4.26 線性主級路徑和線性次級路徑使用FAGA於雙寬頻200-300Hz+400-600Hz 55
圖4.27 線性主級路徑和線性次級路徑使用AGA於雙寬頻 200-300Hz+400-600Hz適合函數圖 56
圖4.28 線性主級路徑和非線性次級路徑使用FXLMS於雙寬頻200-300Hz+400-600Hz結果圖 57
圖4.29 線性主級路徑和非線性次級路徑使用FAGA於雙寬頻200-300Hz+400-600Hz結果圖 57
圖4.30 線性主級路徑和非線性次級路徑使用AGA於雙寬頻200-300Hz+400-600Hz適合函數圖 58
圖4.31非線性主級路徑和線性次級路徑使用FXLMS於雙寬頻200-300Hz+400-600Hz結果圖 59
圖4.32 非線性主級路徑和線性次級路徑使用FAGA於雙寬頻200-300Hz+400-600Hz結果圖 59
圖4.33 非線性主級路徑和線性次級路徑使用AGA於雙寬頻200-300Hz+400-600Hz適合函數圖 60
圖4.34非線性主級路徑和非線性次級路徑使用FXLMS於雙寬頻200-300Hz+400-600Hz結果圖 61
圖4.35非線性主級路徑和非線性次級路徑使用FAGA於雙寬頻200-300Hz+400-600Hz結果圖 61
圖4.36 非線性主級路徑和非線性次級路徑使用AGA於雙寬頻200-300Hz+400-600Hz適合函數圖 62

表目錄

表4.1 四種方法的參數設定 36
表4.2 四種方法在演算時間 38
表4.3 四種方法在不同路徑狀況下之消音效果 63
表4.4 兩種演算法性能評估 63
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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