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Bachelor-Vortrag: Optimierung von Feedback Reglern zur Anwendung bei Aktiver Störgeräuschreduktion
Carlotta Anemüller
15. September 2015
11:00 Uhr
Hörsaal 4G IKS
Umgebungslärm sowie weitere Störgeräusche stellen in Alltagssituationen eine zunehmende Belastung dar. Häufig werden klassische Methoden der passiven Geräuschdämmung zur Dämpfung dieser Störgeräusche verwendet. Für tiefe Frequenzen sind diese jedoch nur bedingt geeignet. Eine Alternative zur passiven Geräuschdämmung bietet die aktive Störgeräuschkompensation, auch Active Noise Cancellation (ANC) genannt. Diese erreicht vor allem bei tiefen Frequenzen eine gute Dämpfung.
Im Rahmen dieser Arbeit wird die digitale Realisierung eines Feedback Reglers zur Anwendung bei aktiver Störgeräuschkompensation betrachtet. Dies geschieht am Anwendungsfall eines ANC-In-Ear-Kopfhörers. Von essentieller Bedeutung für die Reglerauslegung ist die Kenntnis des Sekundärpfades, der Regelstrecke des Systems. Der Sekundärpfad des ANC-In-Ear-Kopfhörers ist jedoch nicht konstant. Um leichte Änderungen des Sekundärpfades bei der Reglerauslegung zu berücksichtigen, eignen sich sogenannte robuste Regler. Mit diesen kann auch bei Modellunsicherheiten im Sekundärpfad die Stabilität und Performance des Systems garantiert werden.
Als konkretes Verfahren zur Reglerauslegung aus dem Bereich der robusten Regelungstechnik wird die Mixed Sensitivity H∞-Reglersynthese vorgestellt. Mit Hilfe von Gewichtsfunktionen kann sichergestellt werden, dass eine vorgegebene Performance sowie eine ausreichende Robustheit gegenüber Unsicherheiten im Sekundärpfad erreicht wird. Der Regler wird mittels eines Optimierungsverfahrens bestimmt. Entscheidend ist hierbei die Wahl der Gewichtsfunktionen. Diese müssen einigen Anforderungen genügen, um ein gutes Resultat bei der Optimierung zu erzielen. Herauszustellen ist, dass stets eine Abwägung zwischen Performance und Robustheit des Systems gegenüber Unsicherheiten im Sekundärpfad getroffen werden muss.
Um die Reglerauslegung durchführen zu können, wurde der Sekundärpfad des ANC-In-Ear-Kopfhörers unter verschiedenen Randbedingungen gemessen. Anschließend wurde ein Modell des Sekundärpfades erstellt. Mit Hilfe der Mixed Sensitivity H-inf-Reglersynthese wurde ein zeitkontinuierlicher Feedback Regler bestimmt. Im Anschluss wurden eine Ordnungsreduktion sowie die Diskretisierung des Reglers durchgeführt. Zu guter Letzt wurden die Ergebnisse mittels einer Echtzeitmessung verifiziert.
