The investigation of the assignment of a primary path on the implementation of a feedforward active noise control system
İleri beslemeli bir aktif gürültü kontrolü sisteminin uygulanabilirliğinde birincil patika tayininin incelenmesi
- Tez No: 439538
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İLKER MURAT KOÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Mekatronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering, Mechanical Engineering, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Sistem Dinamiği ve Kontrol Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
Düşük enerji tüketimi ve düşük ses seviyesi beyaz eşya ürünlerinin tercih edilirliğinde önemli rol oynamaktadır. Tüketicilerin yaşam alanları içerisinde faaliyet göseren ürünler olmaları sebebiyle beyaz eşyaların titreşim ve gürültü seviyelerini düşürmeye yönelik sürdürülen çalışmalar daha ileri seviyede gürültü analiz ve kontrol tekniklerine gereksinim doğurmuştur. Çalışmaları boyunca sürekli karakteristikte yüksek genlikli yapısal ve akış gürültüleri yayan ürünler tüketicilerin konfor ve yaşam kaliteleri üzerinde olumsuz algılara neden olabilmektedirler. Gürültü kontrolü için kullanılacak yöntemin gürültü sinyalinin işgal ettiği frekans bantlarının genişliğinin , yapısal kaynaklı mı yoksa akış kaynaklı mı olduğunun, iletim patikalarının yapı ve özelliklerinin ve ayrıca bu istenmeyen gürültünün kontorl edileceği bölge ve bölgelerin kapsamının belirlenmesi gerekmektedir. Akustik enerjiyi ısı ve/veya mekanik enerjiye çevirerek sönümleme prensibine dayalı çalışan pasif kontrol yöntemleri düşük frekanslı istenmeyen gürültülerin sönümlenmesine boyutsal ve mali kısıtlar sebebiyle pratik çözümler sunamamktadır. Bu nedenle, bu tez kapsamında literatürde“İleri beslemeli uyarlamalı aktif gürültü kontrolü (AGK)”olarak isimlendirilen sinyal işleme ve kontrol yöntemi kullanılmıştır. Bu tez çalışmasında, AGK'nin temel uygulama adımlarını kavrayabilmek adına baskın gürültü kaynaklarının gürültülerinin ve ortamın akustik yapısında mevcut olabilecek değişken karakteristiklerine göre kendini uyarlayabilecek ve buradan hareketle de ürünün sahip olduğu ses gücü düzeyi üzerinde düşüşe imkan tanıyabilmesi amacıyla AGK yöntemi üzerinde çalışılmıştır. Kapsam olarak ise ileri beslemeli ve gürültü sinyalinin enerji seviyelerinde meydana gelebilen ani değişimlere karşı kararlılığı bozulmayacak yapıda bir kontrolörün tasarımı üzerine çalışılmıştır. Tezin ilk bölümünde AGK yöntemlerinin kullanılabilirliği ve uygulama alanlarının kapsamlarının hangi gelişmeler üzerinden yaygınlaştığı üzerine detaylı bir literatür araştırması yapılmıştır. AGK sistemlerinin başlıca uygulama alanlarının otomotiv, havalık, kulaklık ve HVAC sistemleri olduğu saptanmıştır. Öyle ki mikroişlemci ve bilgisayarların ucuzlayan maliyetleri sayesinde uyarlamalı sinyal işleme ve kontrol algoritmalarının AGK çalışmalarında artan popülaritesi gözlemlenmiştir. Ek olarak mevcut olarak kullanılır durumdaki çeşitli AGK yapıları hakkında tanımlayıcı açıklamalar yapılmıştır. Tezin ikinci bölümünde problematik gürültü kaynakları/alanları için kullanılabilien spesifik AGK sistemleri tanıtılmıştır. Durağan ya da değişen koşullarda, dar veya geniş bantlı gürültülerin lokal ya da global anlamda kontrol edilebilmesi amacına hizmet edebilecek özelleşmiş AGK yapı ve yöntemleri açıklanmıştır. Gürültü karakteristiği dar bantlı olan sistemlerde geri beslemeli kontrol yöntemlerinin kullanılabilirliği, geniş bantlı gürültü problemlerinde gürültü sinyallerinin bir referans sensör kullanımı ile algılanabildiği durumlarda ise ileri beslemeli kontrol yöntemlerinin kullanılabilirliği gereklilikleri ve sebepleriyle birlikte incelenmiştir. Ek olarak bu tezin kapsamında kullanılan ileri beslemeli sistemin performans kriterleri de ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Gürültü kaynağının hem referans sensör ile hem de gürültünün sönümlenmek istendiği algılayıcı bölgesinde yüksek bir korelasyon ile algılanması gerekliliği verilmiştir. Yine ileri beslemeli sistemlerde kontrolörün çalışma süresini nedensellik koşulları kapsamında sınırlandıran kısıtlamalar açıklanmıştır. Bu kriterler ise gürültü kaynağı ile algılayıcı konumu arasında mevcut olan birincil patikanın spesifik bir AGK sistemi için hangi bölgeleri nasıl bir sensor ve eyleyici dizilimi ile oluşturulması gerektiği bakış açısında birleştirilmiştir. AGK sistemlerinin çalışması sırasında mevcut olan kararsızlık faktörleri sebepleriyle beraber açıklanmış olup bunların nasıl kompanze edileceği üzerine literatürde mevcut olan yöntemler incelenmiştir. Bu yöntemlerin sistem implementasyonuna nasıl dahil edildiği anlatılmıştır. Uyarlamalı sinyal işleme ve kontrol algoritmaları yine bu bölümde verilmiştir. Algoritmaların Steepest Descent tabanlı en küçük karelerin ortalaması (LMS) algoritmasından nasıl ve hangi amaçlar doğrultusunda türetildiği ve hangi problemler için kullanılmaları gerektiği incelenmiştir. Bu anlamda bu bölümün önceki kısımlarında verilmiş olan kararsızlık faktörlerinin kompanzasyonu için gerekli algoritma modifikasyonları da tanıtılmıştır. Öyle ki kontrol işlemi süresince konvansiyonel LMS algoritmasının kullanımının aktüatör ile algılayıcı lokasyonunda konumlanan sensör arasında mevcut olan akustik patika ve elektriksel teçhizatlar sebebiyle var olan fiziksel patikadan dolayı AGK sisteminin kararsızlığa girmesi olarak açıklanabilecek ikincil patika etkisi ve yine kontrol işlemi sıraında aktüatör hoparlörden verilen anti gürültü sinyalinin referans mikrofon tarafından algılanarak referans sinyalin içeriğinin bozulması sebepli akustik geri besleme etkileri karşısında kullanılacak olan kontrol algoritmasının yapısında yapılacak kompanzasyon incelenmiştir. Tezin üçüncü bölümünde ada tipi bir davlumbaz özelinde AGK sistemlerinin ses gücü düzeyi iyileştirme çalışmalarında kullanımının mümkünlüğü üzerine bir incelemeye yer verilmiştir. Öncelikle davlumbazın ses gücü düzeyi değerindeki yüksekliğe sebep olan problematik gürültü kaynaklarının saptanması adına ölçümler yapılmıştır. Bu ölçümler davlumbazın dört adet çalışma kademesi için tekrarlanmıştır. Yarı anekoik odada IEC 60704 standardı kapsamında yapılan bu ölçümlerde fan salyangoz grubunda mevcut olan karbon filtre sayesinde bacasız kullanımı mümkün olan ada tipi davlumbaz için en baskın gürültü kaynağının egzos bölgesi olduğu saptanmıştır. Bunun için davlumbazın ses gücü düzeyi spektrumu ile konum ve sayıları yine standarta göre tanımlanmış olan mikrofonların ses basınç düzeyleri kıyaslanmıştır. Yapılan incelemeler ile egzos bölgesine yakın olan mikrofonun ses basınç düzeyi 1/3 oktav bant spektrumunda mevcut olan en baskın frekans bandı ile toplam ses gücü düzeyi spektrumunda en baskın olan bandın aynı bant olduğu görülmüştür. Öte yandan bu mikrofon için davlumbazın dört ayrı kademesinde alınan ölçümlerde baskın olarak artış gösteren bandın yine aynı 1000 Hz bandı olduğu saptanmıştır. Dolayısıyla geliştirilmesi gereken AGK sisteminin egzos gürültüsünü hedef alacak şekilde tasarlanması gerekliliği tespit edilmiştir. Mevcut AGK uygulamalarının hangi amaç, kapsam ve başarı çıktıları üzerinden tercih edildiği ve bunlara karşın davlumbaz özelinde bir AGK sisteminin ses gücü düzeyi iyileştirme çalışmalarında kullanımında karşılaşılabilecek yapısal ve tasarımsal problemler açıklanmaya çalışılmıştır. Öyle ki AGK yöntemlerinin lokal gürültü kontrol uygulamalarında tercih edilmesine rağmen ses gücü düzeyi iyileştirmesi gibi global anlamda iyileştirme yapılması gereken çalışma alanlarında kullanılabilmesi için uygun bir birincil patikanın tayininin hangi sebeplerden ötürü zor olduğu incelenmiştir. Bu incelemeler çeşitli senaryoların türetildiği deney düzenekleriyle yapılmış olup AGK sistemleri için performans kriterleri anlamında önem taşıyan nicel değerler açısından başarım ölçümleri yapılmıştır. Bu aşamada ada tipi bir davlumbazın ses gücü düzeyi değerinde AGK ile bir iyileştirme yapılabilmesinin gürültü kaynağı durumunda davlumbaz komponentleri ile gürültünün yayıldığı ve algılandığı (receiver's location) aynı ortamda bulunmaları sebebiyle birincil patikanın tayininin mümkün olmadığı gösterilmiştir. Bu çıkarım yapılırken bilinen diğer AGK uygulamalarının hangi gürültü kaynaklarını hangi lokasyonlarda kontrol etmek üzere geliştirildiğinin de üzerinde durulmuştur. Bu noktada saptanan olumsuzlukların ise ada tipi davlumbazın tasarımından kaynaklanan kısıtlardan ileri geldiği açıklanmıştır. Üçüncü bölümün devamında ada tipi davlumbazın ses gücü düzeyi iyileştirmeleri çalışmalarında AGK tekniğinin kullanılabilmesi için gerekli olan tasarım modifikasyonları doğru bir birincil patikanın gerekliliği göz önünde bulundurularak incelenmiştir. Ses gücü düzeyi çalışmaları genel olarak ürün üzerindeki problematik gürültülü komponentlerin kaynakta veya patikada gürültü kontrolü yöntemleriyle icra edildiği çalışmalardır. Bu anlamda, geliştirilecek olan AGK sisteminin de ürünün üzerinde konumlanmış bir yapıda olması gerekmektedir. Öyle ki davlumbazın egzos gürültüsüne sebep olan fan salyongoz grubu mevcut tasarımda davlumbazın üst kabininin atmosfere açıldığı konumdadır. Bu nedenle gürültü kaynağının bulunduğu ortam ile gürültünün algılandığı konum(lar) aynı ortamdır. Dolayısıyla birincil patika mevcut değildir. Bu noktada yapılan tasarım değişikliğiyle fan salyangoz grubu davlumbaz kabinin şaseyle birleştiği tabana çekilmiş olup davlumbazın atmosfere açılan egzos açıklığı boşta kalmıştır. Salyangozun havayı bastığı bölgesi ile davlumbazın atmosfere açılan bölgesi arasında yeni bir birincil patika tayin edilmiş ve bu patikada fiziksel bir kanal yapısı tasarlanmıştır. Bu kanal sayesinde problematik gürültü sinyalinin baskın frekanslarını kontrol edebilecek kısıtlar içerisinde düzlemsel dalga yayılım kriterine de uyan tek giriş ve tek çıkışlı bir AGK sisteminin tasarlanması mümkün hale gelmiştir. Yapılan hesaplamalar ile salyangozun çıkışındaki egzos gürültüsünün baskın durumdaki 1000 Hz bandının tasarlanan kanal içerisinde düzlemsel dalga yayılımında bulunduğu saptanmıştır. 1000 Hz bandına ek olarak geniş bantlı bir spektruma sahip olan problematik gürültünün bir referans mikrofon ile algılanabilmesi mümkün olduğundan ileri beslemeli bir AGK sistemi geliştirilmesine karar verilmiştir. Bu referans mikrofonun, salyangoza yakın şekilde konumlandırılması gerekliliği sebebiyle salyangoz çıkışındaki yüksek türbülanslı akışın yaratacağı basınç değişimlerinden etkilenme ihtimali göz önünde bulundurularak en uygun şekilde konumlandırılmıştır. Bu aşamada gürültünün kontrol edilmek istendiği bölgede konumlandırılacak olan hata mikrofonu ile referans mikrofonu arasındaki“coherence”değerinin yüksekliği göz önünde bulundurulmuştur. Ayrıca gürültü sinyalinin enerji seviyelerinde anlık değişimlerin varlığı ve akustik geri besleme etkileri de göz önünde bulundurularak FB Fx-NLMS (geri besleme kompanzasyonlu Fx-NLMS) algoritması kullanılmıştır. AGK sisteminin hoparlörü sahip olması gereken diyafram çapı göz önünde bulundurulduğunda davlumbazın içine sığamayacağından davlumbaz üst kabinin hemen yüzeyine teğet olacak şekilde kanal yapısı içerisinde konumlandırılmıştır. Gürültünün kontrol edilmek istendiği yer ise kanal yapısının çıkışına yakın olacak şekilde konumlandırılmıştır. Ancak kanal çıkış kesidinin yapısından dolayı meydana gelen hava seperasyonları hata mikrofonuna bozucu gürültü karışmasına sebebiyet vermiştir. Bu nedenle çıkış kesidinde tasarım iyileştirmeleri yapılmış ve bu çalışmanın başarımı da referans ve hata mikrofonları arasındaki“coherence”değerindeki düzelme miktarı göz önünde bulundurularak ölçülmüştür. AGK sisteminin çalışmasından önce ikincil patika ve akustik geri besleme patikaları, kararlılığı artırmak amacıyla FIR filtreler cinsinden NLMS algoritması kullanılarak detaylıca anlatılan bir prosedür ile tanımlanmıştır. AGK sisteminin implementasyonu için algoritmanın ihtiyaç duyacağı parametreler belirlenmiştir. AGK sistemi çalıştırıldığında problematik gürültünün kontrolündeki başarım ses basınç düzeyindeki düşüş ölçülerek hatanın karesinin ortalamalası (MSE) kriteri kapsamında tespit edilmiştir. Üçüncü bölümün son kısmında ise davlumbazın ses gücü düzeyinde AGK sistemi çalıştırıldığında elde edilen iyileştirme tespit edilmiştir. Bu aşamada yapılan ölçümler davlumbazın ses gücü düzeyi deklerasyonlarında kullanılan standartta belirtildiği üzere davlumbazın üçüncü çalışma kademesinde yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar neticesinde davlumbazın toplam ses gücü düzeyinde 3 dBA değerinden biraz daha yüksek bir iyileştirme tespit edilmiştir. Bu iyileşmenin geliştirilen kanal tasarımının fan salyangoz debisinde ses gücü düzeyini düşürecek yapısal bir etkiye sebep olmadan elde edildiği tasarlanan kanal çapının salyangoz çıkış çapından yaklaşık 2 cm daha büyük olduğu da vurgulanarak belirtilmiştir. Bu bölümde ANC sisteminin içerdiği FB Fx-NLMS algoritması Labview Real Time modülü kullanılarak kodlanmış olup ses gücü düzeyi ölçümlerinde Pulse LabShop yazılımı ile çalışılmıştır. Çalışmanın dördüncü bölümünde AGK sisteminde kullanılan FB Fx-NLMS algoritmasının neden tercih edildiği problematik gürültünün karakteristiği de göz önünde bulundurularak Matlab ortamında yapılan simülasyonlar yoluyla incelenmiştir. Egzos gürültüsünün geniş bantlı frekans spektrumuna sahip olması ve yine gürültü sinyalinin enerji seviyelerinde görülen ani değişimlerin normalize edilmesi gerekliliği göz önünde bulundurularak geri beslemeli ANC sistemi ile ileri beslemeli Fx-LMS algoritması içeren AGK sistemi karşılaştırılmıştır. Bunun için de geniş bantlı bir gürültü probleminin hem geri beslemeli hem de ileri beslemeli bir AGK sistemi ile kontrolü simülasyonlar ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlara bakıldığında geniş bantlı gürültülerin kontrolünde ileri beslemeli AGK sistemlerinin kullanılması gerektiği tespit edilmiştir. Öte yandan gürültü sinyalinin enerji düzeylerindeki ani değişimlerin NLMS algoritması tabanlı bir ANC sistemiyle kontrol edilmesi gerekliliği de yine Fx-LMS algoritması ile Fx-NLMS algoritmasının zaman domeninde kaydedilen gerçek egzos bölgesi gürültüsünün kontrolündeki başarımları karşılaştırılarak tespit edilmiştir. Sonuçlar simülasyonlarda da ek olarak farklı değerlerle test edildiği üzere yakınsama (öğrenme) katsayılarının algoritma kararlılığına olan etkileri de incelenerek yorumlanmıştır. Beşinci bölümde ise genel olarak sonuçlar yorumlanmış olup bu çalışmanın içeriğinden yola çıkarak gelecekte yapılabilecek çalışmalarda hangi amaçlarla hareket edilebileceği tartışılmıştır.
Özet (Çeviri)
Noise control studies become a major effort for the products whose preferrabilities gain higher credit due to their low noise levels. Using enclosures, ear muffs, barriers and silencers have extensive usage in several industries such as automotive, aircrafts, headphones and HVAC. However they cause several negative obligation in the sense of both costs, dimensions and weight in order to provide efficient solutions for low frequency noise control. Especially in home appliance sector the applicability of these passive alternatives are now exposed to negative reviews as the restrictions for compactilibity and costs become major design criterions recently. It should be noted that the characteristics and transmission of the undesired noise from the source have to be well identified prior to implement a noise control method. In addition, the scope of the controlled area regardless whether local or global is another design criteria which otherwise performing an irrelevant design results in insufficient achievability. ANC is a succesful technique which can be utilized in automotive, aircraft, headphone and HVAC industries especially when low frequency noise problems are present and controllability in a local region is desirable while against to same problematic conditions passive methods tend to be very bulky and expensive in the sense of practicability. In this thesis it is aimed to understand the fundamental utilization steps of adaptive Active Noise Control (ANC) procedure in order to determine the noise control efficiency on white goods and island type range hoods (I-RH) in particular. In the first chapter as an introduction to the study related adaptive signal filtering methods and algorithmic approaches are briefly explained. In the following chapter, major types of ANC systems are introduced with their usabilities in related areas. System design considerations in order to provide an efficient ANC system is investigated and several important design issues which can result in instability of ANC system is analyzed. Moreover compensation methods are explained in detail with their proper usage in ANC algorithms. Major adaptive filtering algorithms in the implementation of ANC systems is explained with their stability criterias. In the third chapter the applicability of ANC systems in order to control the sound power level (Lw(A)) is examined. Major restrictions as the disadvantage of an ANC structure is discussed and the reasons are explained why it is not practicable to employ an ANC system with this goal in the case of such an I-RH. After that, possible design modifications are introduced in order to implement an ANC system which can be assembled to the I-RH and it's effectiveness is tested in the sense of sound pressure level (SPL) of outlet of snail fan and total Lw(A) of I-RH. In the fourth chapter a verification procedure is employed to determine the effectiveness of implemented ANC system in the sense of both algorithmic and controller type through simulations. In order to do that, several control algorithm alternatives are compared on the control of exhaust noise signal with the proposed solution in order to examine the sufficiency of the actual system. In the fifth chapter, main results and findings are discussed and future recommendations for further studies are presented.
Benzer Tezler
- Otoyollarda kullanılan geometrik ve fiziki standaertların irdelenmesi ve Türkiye'deki uygulamalar
Başlık çevirisi yok
LEYLA TÜRKSELCİ
- Bir robot koluna kumanda eden doğal dil anlama sistemi
Başlık çevirisi yok
HASAN FERİT KEÇECİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1996
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. EŞREF ADALI
- Osmanlılardan Cumhuriyet dönemine kadar Türk musikisi eğitim kurumları
Başlık çevirisi yok
AFİTAP ÇAKMAKOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Eğitim ve Öğretimİstanbul Teknik ÜniversitesiGüzel Sanatlar Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. CENGİZ ÜNAL
- Çocuklar için felsefe (P4C) temelli kitaplarla yürütülen uygulamaların ilkokul ikinci sınıf öğrencilerinin sosyal becerilerine ve sosyal problem çözme becerilerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of philosophy for children (P4C)-based books on social skills and social problem-solving skills of primary school second grade students
AZRANUR SARIKAYA TEZCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Eğitim ve ÖğretimTokat Gaziosmanpaşa ÜniversitesiTemel Eğitim Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PINAR AKSOY
- Ortaokul 6. sınıf öğrencilerinin kariyer seçiminde STEM mesleklerine yönelmelerine okul dışı (Informal) öğrenme ortamlarının etkililiğinin araştırılması
Investigation of the effectiveness of out-of-school (informal) learning environments on the orientation of secondary school 6th grade students to STEM professions in career choice
SELDA TOPAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Eğitim ve ÖğretimEskişehir Osmangazi Üniversitesiİlköğretim Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAADET DENİZ KORKMAZ