声振智能监测与控制方法和装置、柴油机系统
本申请公开了一种用于柴油机的声振监测与控制方法与装置以及柴油机系统。所述方法包括噪声控制步骤、振动控制步骤和监测分析步骤。在噪声控制步骤中，将柴油机的噪声经噪声滤波器处理后用于驱动消音器发声，将柴油机的噪声与消音器的声音的叠加信号反馈给噪声滤波器，噪声滤波器自适应调整自身参数，使得该声音叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值。在振动控制步骤中，将柴油机的振动经振动滤波器处理后用于驱动隔振器振动，将柴油机的振动与隔振器的振动的叠加信号反馈给振动滤波器，振动滤波器自适应调整自身参数，使得该振动叠加信号的幅度不超过预定振动阈值。在监测分析步骤中根据该声音叠加信号和振动叠加信号分析柴油机的故障。
发明专利
CN202311500520.4
2023-11-10
CN117404179A
2024-01-16
F02B77/08(2006.01)
中国船舶集团有限公司第七一一研究所
宋怡欣;王冠;刘慧敏;范文焜;董佳鑫;吴海波;朱志兵
201108 上海市闵行区华宁路3111号
北京磐华捷成知识产权代理有限公司
谢栒
上海;31
1.一种用于柴油机的声振智能监测与控制方法，其特征在于，包括： 噪声控制步骤，包括： 在噪声采集位置采集所述柴油机的噪声信号，以得到初步声音信号， 将所述初步声音信号输入噪声滤波器，得到处理后的声音调整信号， 将所述声音调整信号作用于消音器，以使所述消音器发声， 在噪声接收位置接收所述消音器的声音信号和所述柴油机的噪声信号，得到监控声音信号， 将所述监控声音信号输入所述噪声滤波器， 所述噪声滤波器自适应调整自身参数，使得所述消音器的声音信号与所述初步声音信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值； 振动控制步骤，包括： 在振动采集位置采集所述柴油机的振动信号，以得到初步振动信号， 将所述初步振动信号输入振动滤波器，得到处理后的振动调整信号， 将所述振动调整信号作用于隔振器，以使所述隔振器振动， 在振动接收位置接收所述隔振器的振动信号和所述柴油机的振动信号，得到监控振动信号， 将所述监控振动信号输入所述振动滤波器， 所述振动滤波器自适应调整自身参数，使得所述隔振器的振动信号与所述柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值；和 监测分析步骤，包括：获取所述监控声音信号和所述监控振动信号，并根据所述监控声音信号和所述监控振动信号分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障。 2.根据权利要求1所述的声振智能监测与控制方法，其特征在于， 所述噪声滤波器包括： 可控噪声滤波器，其中所述初步声音信号为所述可控噪声滤波器的输入信号，所述声音调整信号为所述可控噪声滤波器的输出信号， 附加噪声滤波器，所述附加噪声滤波器的输入信号为所述初步声音信号和所述监控声音信号，所述附加噪声滤波器的输出信号为附加噪声滤波信号，和 噪声滤波器控制器，所述噪声滤波器控制器配置为接收所述初步声音信号、所述监控声音信号和所述附加噪声滤波信号，并根据所述初步声音信号、所述监控声音信号和所述附加滤波噪声信号自适应调整所述可控噪声滤波器的参数，使得所述消音器的声音信号与所述柴油机的噪声信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值； 所述振动滤波器包括： 可控振动滤波器，其中所述初步振动信号为所述可控振动滤波器的输入信号，所述振动调整信号为所述可控振动滤波器的输出信号， 附加振动滤波器，所述附加振动滤波器的输入信号为所述初步振动信号和所述监控振动信号，所述附加振动滤波器的输出信号为附加振动滤波信号，和 振动滤波器控制器，所述振动滤波器控制器配置为接收所述初步振动信号、所述监控振动信号和所述附加振动滤波信号，并根据所述初步振动信号、所述监控振动信号和所述附加滤波振动信号自适应调整所述可控振动滤波器的参数，使得所述隔振器的振动信号与所述柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定振动阈值。 3.根据权利要求2所述的声振智能监测与控制方法，其特征在于， 所述噪声滤波器控制器配置为利用最小均方准则自适应算法调整所述可控噪声滤波器的参数； 所述振动滤波器控制器配置为利用最小均方准则自适应算法调整所述可控振动滤波器的参数。 4.根据权利要求3所述的声振智能监测与控制方法，其特征在于， 所述附加噪声滤波信号用于调整所述噪声滤波器控制器的最小均方准则自适应算法的步长； 所述附加振动滤波信号用于调整所述振动滤波器控制器的最小均方准则自适应算法的步长。 5.根据权利要求4所述的声振智能监测与控制方法，其特征在于， 所述附加噪声滤波器的滤波函数Cn(n)根据以下公式计算： 所述可控噪声滤波器的滤波函数Wn(n)根据以下公式计算： 所述附加振动滤波器的滤波函数Cv(n)根据以下公式计算： 所述可控振动滤波器的滤波函数Wv(n)根据以下公式计算： 其中，n为迭代次数，sn(i)为所述初步声音信号，tn(i)为所述监控声音信号，sv(i)为所述初步振动信号，tv(i)为所述监控振动信号，α、β、γ和δ为预设收敛因子。 6.根据权利要求2所述的声振智能监测与控制方法，其特征在于， 所述噪声滤波器还包括次级噪声通道模型滤波器，所述次级噪声通道模型滤波器为从所述消音器到所述噪声接收位置的物理空间的声音传输特性的模拟模型，其中，所述初步声音信号经所述次级噪声通道模型滤波器滤波后输入至所述附加噪声滤波器和所述噪声滤波器控制器； 所述振动滤波器还包括次级振动通道模型滤波器，所述次级振动通道模型滤波器为从所述隔振器到所述振动接收位置的物理空间的声音传输特性的模拟模型，其中，所述初步振动信号经所述次级振动通道模型滤波器滤波后输入至所述附加振动滤波器和所述振动滤波器控制器。 7.根据权利要求1至6中任一项所述的声振智能监测与控制方法，其特征在于， 所述噪声采集位置比所述噪声接收位置更远离所述消音器；并且/或者 所述振动采集位置比所述振动接收位置更远离所述隔振器。 8.根据权利要求1至6中任一项所述的声振智能监测与控制方法，其特征在于， 在所述消音器的声音信号与所述柴油机的噪声信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值持续预设平稳声音时长后，获取所述监控声音信号，并根据所述监控声音信号分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障， 在所述隔振器的振动信号与所述柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定振动阈值持续预设平稳振动时长后，获取所述监控振动信号，并根据所述监控振动信号分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障。 9.根据权利要求1至6中任一项所述的声振智能监测与控制方法，其特征在于，所述监测分析步骤还包括： 获取所述柴油机的输出轴的转速的信息和扭矩的信息，并根据所述监控声音信号、所述监控振动信号、所述转速的信息和所述扭矩的信息分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障。 10.根据权利要求1至6中任一项所述的声振智能监测与控制方法，其特征在于， 所述消音器为主被动复合消音器；并且/或者 所述隔振器为主被动一体化隔振器。 11.一种用于柴油机的声振智能监测与控制装置，其特征在于，包括： 噪声控制组件，包括： 第一噪声传感器，用于在噪声采集位置采集所述柴油机的噪声信号，以得到初步声音信号， 噪声滤波模块，用于接收并处理所述初步声音信号，以得到处理后的声音调整信号， 消音器，用于接收所述声音调整信号，以在所述声音调整信号的作用下发声， 第二噪声传感器，用于在噪声接收位置接收所述消音器的声音信号和所述柴油机的噪声信号，得到监控声音信号， 其中，所述噪声滤波模块还用于接收所述监控声音信号，所述噪声滤波模块配置为自适应调整自身参数，使得所述消音器的声音信号与所述柴油机的声音信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值； 振动控制组件，包括： 第一振动传感器，用于在振动采集位置采集所述柴油机的振动信号，以得到初步振动信号， 振动滤波模块，用于接收并处理所述初步振动信号，以得到处理后的振动调整信号， 隔振器，用于接收所述振动调整信号，以在所述振动调整信号的作用下振动， 第二振动传感器，用于在振动接收位置接收所述隔振器的振动信号和所述柴油机的振动信号，得到监控振动信号， 其中，所述振动滤波模块还用于接收所述监控振动信号，所述振动滤波模块配置为自适应调整自身参数，使得所述隔振器的声音信号与所述柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定振动阈值；和 监测分析模块，用于获取所述监控声音信号和所述监控振动信号，并根据所述监控声音信号和所述监控振动信号分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障。 12.根据权利要求11所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于， 所述噪声滤波模块包括： 可控噪声滤波模块，其中所述初步声音信号为所述可控噪声滤波模块的输入信号，所述声音调整信号为所述可控噪声滤波模块的输出信号， 附加噪声滤波模块，所述附加噪声滤波模块的输入信号为所述初步声音信号和所述监控声音信号，所述附加噪声滤波模块的输出信号为附加噪声滤波信号，和 噪声滤波器控制模块，所述噪声滤波器控制模块配置为接收所述初步声音信号、所述监控声音信号和所述附加噪声滤波信号，并根据所述初步声音信号、所述监控声音信号和所述附加滤波噪声信号自适应调整所述可控噪声滤波模块的参数，使得所述消音器的声音信号与所述柴油机的声音信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值； 所述振动滤波模块包括： 可控振动滤波模块，其中所述初步振动信号为所述可控振动滤波模块的输入信号，所述振动调整信号为所述可控振动滤波模块的输出信号， 附加振动滤波模块，所述附加振动滤波模块的输入信号为所述初步振动信号和所述监控振动信号，所述附加振动滤波模块的输出信号为附加振动滤波信号，和 振动滤波器控制模块，所述振动滤波器控制模块配置为接收所述初步振动信号、所述监控振动信号和所述附加振动滤波信号，并根据所述初步振动信号、所述监控振动信号和所述附加滤波振动信号自适应调整所述可控振动滤波模块的参数，使得所述隔振器的振动信号与所述柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定振动阈值。 13.根据权利要求12所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于， 所述噪声滤波器控制模块配置为利用最小均方准则自适应算法调整所述可控噪声滤波模块的参数； 所述振动滤波器控制模块配置为利用最小均方准则自适应算法调整所述可控振动滤波模块的参数。 14.根据权利要求13所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于， 所述附加噪声滤波信号用于调整所述噪声滤波器控制模块的最小均方准则自适应算法的步长； 所述附加振动滤波信号用于调整所述振动滤波器控制模块的最小均方准则自适应算法的步长。 15.根据权利要求14所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于， 所述附加噪声滤波模块的滤波函数Cn(n)根据以下公式计算： 所述可控噪声滤波模块的滤波函数Wn(n)根据以下公式计算： 所述附加振动滤波模块的滤波函数Cv(n)根据以下公式计算： 所述可控振动滤波模块的滤波函数Wv(n)根据以下公式计算： 其中，n为迭代次数，sn(i)为所述初步声音信号，tn(i)为所述监控声音信号，sv(i)为所述初步振动信号，tv(i)为所述监控振动信号，α、β、γ和δ为预设收敛因子。 16.根据权利要求12所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于， 所述噪声滤波模块还包括次级噪声通道模型滤波模块，所述次级噪声通道模型滤波模块为从所述消音器到所述噪声接收位置的物理空间的声音传输特性的模拟模型，其中，所述初步声音信号经所述次级噪声通道模型滤波模块滤波后输入至所述附加噪声滤波模块和所述噪声滤波器控制模块； 所述振动滤波模块还包括次级振动通道模型滤波模块，所述次级振动通道模型滤波模块为从所述隔振器到所述振动接收位置的物理空间的声音传输特性的模拟模型，其中，所述初步振动信号经所述次级振动通道模型滤波模块滤波后输入至所述附加振动滤波模块和所述振动滤波器控制模块。 17.根据权利要求11所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于， 所述噪声采集位置比所述噪声接收位置更远离所述消音器；并且/或者 所述振动采集位置比所述振动接收位置更远离所述隔振器。 18.根据权利要求11所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于， 所述消音器、所述第一噪声传感器和所述第二噪声传感器用于设置在所述柴油机的排气管；并且/或者 所述隔振器用于设置在所述柴油机的机体的下方，所述第一振动传感器和所述第二振动传感器用于设置在所述柴油机的机体的机脚。 19.根据权利要求11所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于， 所述监测分析模块在所述消音器的声音信号与所述柴油机的声音信号的叠加信号的幅度不超过预定噪声阈值持续预设平稳声音时长后，获取所述监控声音信号，并根据所述监控声音信号分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障， 所述监测分析模块在所述隔振器的振动信号与所述柴油机的振动信号的叠加信号的幅度不超过预定振动阈值持续预设平稳振动时长后，获取所述监控振动信号，并根据所述监控振动信号分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障。 20.根据权利要求1所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于， 所述声振智能监测与控制装置还包括用于检测所述柴油机的输出轴的转速的转速传感器和用于检测所述柴油机的输出轴的扭矩的扭矩传感器， 所述监测分析模块还获取所述转速的信息和所述扭矩的信息，并根据所述监控声音信号、所述监控振动信号、所述转速的信息和所述扭矩的信息分析所述柴油机是否存在故障或者将要发生故障。 21.根据权利要求11至20中任一项所述的声振智能监测与控制装置，其特征在于， 所述消音器为主被动复合消音器；并且/或者 所述隔振器为主被动一体化隔振器。 22.一种柴油机系统，其特征在于，包括： 柴油机，和 根据权利要求11至21中任一项所述的声振智能监测与控制装置， 其中，所述消音器、所述第一噪声传感器和所述第二噪声传感器设置在所述柴油机的排气管；并且/或者，所述隔振器设置在所述柴油机的机体的下方，所述第一振动传感器和所述第二振动传感器设置在所述柴油机的机体的机脚。