MANUEL D`UTILISATION DU SYSTEME COMPARS
Contents
1. MANUEL D UTILISATION DU SYSTEME COMPARS CONTR LEUR MULTIPROCESSEURS ADAPTATIF POUR LE RAYONNEMENT DE SOUFFLANTES Version 1 2 Novembre 95 r dig par WINNINGER Muriel ROURE Alain LABORATOIRE DE M CANIQUE ET D ACOUSTIQUE 31 chemin Joseph Aiguier 13402 MARSEILLE Cedex 20 I PR SENTATION Le syst me COMPARS est un ensemble Hardware and Software permettant de r aliser la minimisation active de champs acoustiques ou vibratoires D une mani re g n rale le contr le actif consiste produire un champ oppos celui ind sirable appel champ primaire l aide de sources de contre bruit dites secondaires Le calcul en temps r el des signaux lectriques envoyer sur les sources secondaires se fait par le biais d un algorithme qui utilise les signaux issus de capteurs dits de contr le ou d erreur plac s aux endroits o l on d sire r duire le champ primaire A l exception des sources secondaires le syst me COMPARS contient tous les ingr dients n cessaires ce contr le Ce syst me se compose de 4 sous syst mes repr sentant les diff rents maillons de la cha ne de traitement Fig 1 i un bo tier de pr amplification des 19 microphones lectret qui serviront de microphones d erreur un bo tier de conditionnement de signaux de 19 voies gain et filtre passe haut programmables le contr leur proprement dit comportant 17 processeurs et permettan2. es en fonctionnement Fig 6 Le r glage des gains Les gains peuvent aussi tre r gl s automatiquement en utilisant la touche A Autorange Enfin ils peuvent tre stock s touche S nom de fichier et rappel s touche R nom de fichier ult rieurement En cours de minimisation on peut faire appel cette fonction r glage des gains afin de visualiser les niveaux enregistr s sur les entr es en fonctionnement et ainsi faire appara tre l effet de la minimisation en utilisant la touche TAB couper remettre l antibruit Il est possible d avoir une id e de l att nuation obtenue au niveau de chaque microphone d erreur en proc dant comme suit in s agit de la touche tabulation gt et lt la fonction set Ref ALT S permet de m moriser un instant donn les niveaux enregistr s sur chaque microphone la fonction Ref Rel ALT R ou r f rence relative fait appara tre la diff rence entre le niveau m moris et le niveau actuel la fonction Ref Abs ALT A ou r f rence absolue permet le retour l tat initial Pour retourner au menu principal il faut utiliser la touche ESC I 4 IDENTIFICATION DES TRAJETS SECONDAIRES L ex cution d un programme ne peut se faire sans avoir pr alablement identifi les trajets secondaires Ce sous menu Fig 7 rappelle l utilisateur la m thode d identification choisie I offre la possibilit d ident
3. ANNEXE A ALGORITHME LMS I PRINCIPE Nous exposons ici un exemple d application acoustique mais il est vident que la transposition au domaine vibratoire est imm diate Supposons que l on d sire r duire en M points not s Mj o sont plac s des microphones de contr le un bruit produit par une source primaire S On dispose pour cela de P haut parleurs plac s en des points not s Pi Fig 1 Pa Mj pi bj U yjC0 Fig 1 Application acoustique Soit pit le signal lectrique issu du capteur j pj t est la somme de bj t produit par la source de bruit primaire et de y t produit par les sources secondaires Soit x t appel signal de r f rence un signal caract ristique du bruit traiter et dont on suppose qu il est parfaitement corr l avec les signaux b t On suppose galement que x t n est pas ou peu sensible au bruit rayonn par les sources secondaires Soit u t le signal de commande de la source i Soit h j t la r ponse impulsionnelle entre le signal ui t et yj t hij t caract rise enti rement le trajet lectroacoustique de la source secondaire Pi vers le capteur Mj L algorithme L M S suppose connue la matrice de dimension M P des r ponses impulsionnelles Nous verrons dans les paragraphes suivants comment le syst me COMPARS les mesure Le principe de l algorithme L M S est de filtrer par P filtres num riques de r ponse impulsionnelle fini
4. bas et des filtres passe haut2 L identification des r ponses impulsionnelles peut tre obtenue l aide d impulsions l aide d un signal de r f rence ou en utilisant un bruit blanc Si l identification a pr alablement t effectu e la minimisation peut tre lanc e sans la demander La m thode par impulsions consiste envoyer une impulsion br ve sur chaque source de contre bruit et mesurer la r ponse obtenue sur chaque capteur d erreur Pour am liorer le rapport signal sur bruit on fait une moyenne partir d un certain nombre d impulsions3 Ces impulsions doivent tre s par es d un d lai sup rieur au plus long temps de r ponse du syst me L amplitude des impulsions doit tre choisie de mani re ne pas saturer les signaux d entr e dont le r glage a t fait au pr alable sur le bruit primaires Les trois derniers param tres du menu dur e de l identification amplitude de sortie et b ta pour identification concernent uniquement les m thodes d identification par bruit blanc et avec signal de r f rence Dans ces deux m thodes un signal bruit blanc ou signal pr sent sur l entr e de r f rence est envoy successivement dans chaque source secondaire pendant une dur e d termin e par le param tre dur e de l identification avec une amplitude proportionnelle au param tre amplitude de sortie Les r ponses sont identifi es l aide d un algorithme r cursif de type moindres carr s dont le c
5. en annexe A Enfin le chapitre IV donne un exemple pratique d utilisation du syst me II DESCRIPTION DU SYST ME COMPARS IL3 LE CONTR LEUR Le syst me est conditionn dans un coffret de dimensions 449 x 311 x 361 mm contenant un ensemble de cartes positionn es de gauche droite comme suit une carte ma tre charg e d envoyer les donn es aux processeurs esclaves et de communiquer avec l ordinateur une carte d acquisition permettant le filtrage antirepliement des signaux d entr e et leur conversion analogique num rique 1 On obtient ainsi 3 v en sortie du conditionneur et 10 V au niveau des convertisseurs a huit cartes esclaves correspondant chacune deux voies de sorties et destin es commander les sources secondaires Chaque carte esclave dispose d un interrupteur de codage plac sur le circuit imprim Il permet de num roter de 0 7 les cartes les unes par rapport aux autres L interrupteur de codage dispose de 4 boutons mais seuls les 3 premiers sont utilis s Le codage de type binaire s effectue comme suit la premi re carte porte le num ro 0 et les 3 boutons 1 2 et 3 sont plac s vers le haut position O Ja deuxi me carte porte le num ro 1 et le bouton 1 est plac vers le bas position 1 pour la troisi me carte qui porte le num ro 2 ce sera le bouton 2 qui sera plac en position 1 et ainsi de suite pour toutes les cartes
6. en appuyant sur la touche RETURN soit en cliquant 2 fois sur COMPARS EXE dans la fen tre du DOSSHELL Le syst me est enti rement pilot depuis le PC Le programme implant sur celui ci se pr sente sous forme de plusieurs menus dont on s lectionne les champs par diff rentes touches Ces menus permettent l utilisateur de r gler au mieux l algorithme LMS en fonction de l exp rimentation en cours 1 Les fichiers TEMPO CMP et GAIN CMP sont g r s uniquement par le logiciel Le fichier SENS CMP doit tre remis jour par l utilisateur en cas de changement de microphones voir chapitre IT pour le calcul de la sensibilit Nous en donnons ici une description dans l ordre logique d utilisation Lors du lancement du programme sur le PC l ordinateur teste les ports s rie et parall le qui servent respectivement la liaison avec le contr leur et avec le bo tier de conditionnement des signaux Il affiche un message d erreur en cas de probl me HE 1 LES VARIABLES DE L ALGORITHME LMS En cas de succ s du test de liaison un menu affiche la liste des variables Fig 4 utilis es par l algorithme LMS avec leurs derni res valeurs choisies Nb de sources lt 16 Nb de capteurs lt 18 longueur des Hij longueur des Wi Fr quence d chantillonnage lt 7297 Fr q coupure filtre antirepliement Fr q coupure filtre passe haut Identif Non 0 Imp 1 Ref 2 B B 3 Nb de Tops Espacement entre tops e
7. en respectant le codage binaire La face avant du contr leur comporte un interrupteur RESET permettant d effectuer directement une remise z ro du syst me Apr s utilisation de cet interrupteur il est n cessaire de proc der au rechargement des programmes et des param tres de l exp rimentation Un RESET automatique est effectu la mise sous tension du bo tier mais en cas de probl me il peut tre utile d en effectuer un manuellement Un RESET permet aussi de stopper imm diatement le syst me en cas de divergence de l algorithme ou pour toutes autres raisons un autre interrupteur START STOP attribu une remise z ro des zones m moires servant l algorithme de minimisation et au red marrage de celui ci une entr e BNC HORLOGE EXT permettant de faire fonctionner le syst me avec une fr quence d chantillonnage externe une entr e BNC TOP SYNCHRO permettant la synchronisation du syst me avec un signal ext rieurs une s rie de 16 LED jaunes indiquant le nombre de capteurs de contr le en fonctionnement une LED verte indiquant la mise sous tension du syst me un bouton potentiom trique permettant le r glage du coefficient de convergence f dont la valeur se situe entre 0 et 2048 Lors d une divergence de l algorithme on peut en g n ral retourner un tat stable en baissant l g rement 4 1 Par exemple pour la carte n 3 les boutons 1 et 2 seront en position
8. par le bouton potentiom trique situ sur la face avant du contr leur Commentaire Le r glage des amplificateurs des sources secondaires l aide des impulsions et la mesure des hij k est simple si l on conna t la mani re dont l algorithme a t programm Le principe est le suivant Une impulsion doit avoir en unit machine une amplitude inf rieure 2047 pour viter la saturation des convertisseurs de sortie D A Cette impulsion doit fournir sur les convertisseurs A D des voies d entr e un niveau inf rieur la limite de saturation soit 2047 Le gain des voies d entr e ayant t r gl sur le bruit primaire on ne peut plus les toucher C est donc en jouant sur le gain des ampli des sources secondaires que l on doit amener le niveau du contre bruit a tre l g rement sup rieur ou gal celui du bruit primaire Pour l envoi d une seule impulsion on doit obtenir des valeurs de coefficients hij k comprises entre ou 2000 Si certains points des hij k avoisinent les 2000 baisser le gain des ampli pour les ramener vers 1500 pour l envoi de N impulsions l algorithme somme les mesures des hij k Le m me raisonnement que ci dessus s applique en rempla ant 2000 par 2000xN Il faut n anmoins que la valeur maximum ainsi obtenue ne d passe pas la capacit machine qui est de 32000 En choisissant 1000 pour l amplitude des impulsions ce qui correspond la moiti de la valeur permise et 10 pour
9. r ponses impulsionnelles 1 A l aide des bargraphes du menu R glage des gains du menu principal 2 ATTENTION vous ne devez pas modifier le r glage des amplificateurs d entr es celui ci a t r alis partir du bruit primaire en tout d but de session et ne doit plus tre modifi temporelles de la source qui vient d tre identifi e Pour changer de source il faut incr menter ou d cr menter l aide des fl ches gt ou lt le num ro de la source affich en haut de l cran jusqu la valeur d sir e et ensuite valider la demande par la touche ENTER Dans le cas de r ponses d amplitude faible il est possible de modifier l chelle de visualisation en utilisant les touches T Cette amplitude est affich e en haut gauche de l cran Fig 8 Visualisation des r ponses impulsionnelles A titre indicatif l utilisateur a la possibilit de visualiser les spectres des r ponses impulsionnelles en utilisant la touche espace La bande de fr quence repr sent e varie de 0 Hz Fe 2 Remarque Les fr quences non r pr sent es ou mal repr sent es dans ce spectre ne pourront tre trait es correctement par l algorithme de minimisation Pour quitter le menu de visualisation il suffit d utiliser la touche ESC Une fois l identification r alis e la minimisation peut tre lanc e et l utilisateur peut r gler le coefficient de convergence PB
10. 2 En cas de divergence de l algorithme essayez d abord l interrupteur START STOP 3 Cette entr e est inop rante avec l algorithme LMS Elle sert avec l horloge externe des algorithmes synchrones 4 Ne pas le mettre z ro car comme le montre la formule 1 de l annexe A il n y aurait alors plus de correction des wi k et la divergence persisterait 16 sorties BNC destin es envoyer un signal de commande aux sources secondaires Les tensions de sorties se situent entre 2 5 V 16 LED vertes permettant de visualiser les processeurs esclaves en fonctionnement 16 LED rouges indiquant la saturation des voies Sur la face arri re on trouve un connecteur de type DB25 pour la liaison s rie RS232 avec le PC Elle s effectue 9600 bauds sur 8 bits sans bit de parit un connecteur 50 points Delta Ribbon pour l arriv e des signaux depuis le module de conditionnement III LES LOGICIELS DU SYST ME COMPARS chaque algorithme de traitement est associ un logiciel permettant d une part l implantation du code objet dans le bo tier et d autre part de modifier et de contr ler l action en temps r el des diff rents param tres li s l algorithme Cette notice d crit exclusivement le logiciel rattach l algorithme LMSf 1 Cet algorithme est abondamment utilis en contr le actif en raison de sa simplicit de mise en oeuvre et de ses performances sur les brui
11. H Une propri t essentielle des sources secondaires dans un syst me de contr le actif est de pouvoir produire sur les capteurs de contr le un bruit gal et oppos celui minimiser La position des sources et le gain de leur amplificateur doivent donc tre d termin s de fa on satisfaire ce crit re Si par exemple pour une fr quence particuli re du bruit traiter les sources sont incapables de produire sur un des micros un niveau quivalent celui du bruit primaire il y a risque de divergence de l algorithme qui va calculer des signaux de commande u n de niveau sup rieur la limite de la tension de sortie maximale du syst me Mesure des h j k Avant le lancement de l algorithme LMS il faut commencer par identifier les hij k L identification se fait en envoyant successivement dans chaque voie de sortie une s rie d impulsions de largeur AT et d amplitude programmable Le syst me mesure alors la r ponse sur chacune des voies d entr e Afin d am liorer le rapport signal bruit la moyenne temporelle des r ponses de plusieurs impulsions est effectu e Une dizaine est en g n ral suffisante nombre de tops 3 Longueur des w k La longueur NW des filtres wi k est fonction du spectre du bruit traiter Pour un spectre de raies il faut en principe deux points par fr quence traiter On en utilise g n ralement un peu plus Pour un spectre large bande la longueur du fi
12. ans ce laps de temps et il est donc important de limiter au plus juste le choix de certains param tres 1 Fr quence d chantillonnage Elle fixe la p riode d chantillonnage AT c est dire le temps pendant lequel doivent tre effectu s les calculs On la limitera dans les cas difficiles 2 ou 3 fois la fr quence maximale traiter 2 Longueur des filtres bij Pour une bonne convergence de l algorithme et une bonne aptitude suivre des fluctuations du bruit traiter les r ponses impulsionnelles chantillonn es hi k doivent tre repr sentatives des v ritables r ponses impulsionnelles hij t Cela suppose que le produit NH AT corresponde une dur e suffisante pour inclure la partie la plus significative des r ponses impulsionnelles A partir d une estimation ou d une mesure de ces r ponses impulsionnelles et en fonction de AT on pourra d terminer NH Fig 3 Un avantage de l algorithme L M S est sa robustesse Cela signifie que pour des r ponses impulsionnelles mal estim es ou susceptibles de l g rement varier dans le temps cause de modifications physiques du montage l algorithme peut encore converger vers la bonne solution Cela permet en particulier de tronquer hij t juste apr s sa partie la plus significative et de n gliger les faibles oscillations qui apparaissent vers la fin d une r ponse impulsionnelle physique h t 21 T Fig 3 D termination de N
13. au voisinage de la source de bruit et peu sensible au rayonnement des H P soit un signal TTL d livr par un tachym tre dans le cas de machines tournantes Dans le premier cas le signal est envoy sur l entr e 1 du pr amplificateur Dans le cas d un signal TTL il sera envoy sur la premi re entr e BNC situ e l arri re du conditionneur Pour permettre une bonne minimisation le signal de r f rence doit satisfaire 3 conditions essentielles 19 I doit tre parfaitement corr l avec le bruit mesur par les capteurs de contr le ici les 2 microphones Une mesure de coh rence avec un analyseur du spectre est souhaitable pour s en assurer 2 Il doit poss der pour toutes les fr quences que l on veut traiter un niveau suffisant car les composantes du bruit mal repr sent es dans le signal de r f rence seront peu minimis es 3 I doit tre peu ou pas sensible au rayonnement des sources secondaires afin d viter des instabilit s dues au feedback L utilisation d un microphone directif est souvent suffisante pour rem dier ce probl me Connecter ensuite les diff rents l ments du syst me puis mettre sous tension le PC le pr amplificateur le contr leur et en dernier le conditionneur2 1 II faut penser v rifier la position du commutateur de la carte de r f rence et att nuer le signal de fa on ne pas d passer le niveau maximum d entr e du conditionneur 1 5V 2 Quand vous a
14. c ou signal de r f rence en 1 Enregistrez les niveaux d entr e sans anti bruit 2 Pendant la minimisation on peut donc visualiser l att nuation obtenue 3 Amplitude des tops ou Amplitude sortie du menu Donn es actuellement charg es continu tout en visualisant les niveaux enregistr s sur les entr es et ceci jusqu ce qu on utilise la touche ESC pour sortir Cette fonction a pour but de r gler tous les niveaux avant de lancer l identification et ainsi d viter la saturation des sorties IDENTIFIER TOUTES LES VOIES IDENTIFIER UNE VOIE PARTICULIERE RAPPEL DES Hij STOCKES STOCKAGE DES Hij VISUALISER LES Hij REGLAGE DES GAINS RETOUR MENU PRINCIPAL Fig 7 Identification des r ponses impulsionnelles Pendant la phase d identification l ordinateur affiche l aide du sous menu r glage des gains les niveaux des signaux enregistr s sur chaque capteur d erreur au fur et mesure de l identification de chaque source secondaire et permet ainsi de v rifier le bon d roulement de cette identification Une fois les identifications termin es il visualise les r ponses impulsionnelles obtenues sur tous les microphones pour chaque source ce qui permet de v rifier que le choix des param tres est convenable Fig 8 Le PC visualise d abord les r ponses impulsionnelles temporelles de la source n 1 dans le cas o toutes les voies ont t identifi es Sinon il visualise les
15. e F I R not s wi t le signal x t pour obtenir les ui t En consid rant des signaux chantillonn s on peut sch matiser le syst me pr c dent par la repr sentation suivante Fig 2 Fig 2 Repr sentation sch matique du syst me Avec les relations NK i j laM pj bn D hijxu bin D D hi ufn k isi isik 0 NY 1 islap uwi ika wa ra k 0 32 On suppose que les r ponses h k sont repr sent es par des FIR de longueur NH et les wi k par des FIR de longueur NW Le calcul des coefficients wi k des filtres qui vont permettre la minimisation des signaux pj n se fait en crivant que la somme sur les M capteurs de la pression quadratique est minimale On obtient alors 1 une formule r currente extr mement simple du calcul des wi k P i 1 P k 0 NW 1 wo wi Dao 2 8 F pin Tak a jal NK i avec rM hj x n 5 hjk x n k k 0 rjj n est appel e r f rence filtr e B est un coefficient qui gouverne la rapidit de convergence de l algorithme vers la solution optimale des wi k II CONSID RATIONS G N RALES SUR L ALGORITHME L M S Les formules 1 et 2 montrent que le nombre d op rations effectuer par le syst me entre 2 tops d chantillonnage est proportionnel au nombre de voies et au nombre de coefficients des filtres hij k et wi k Il existe videmment une limite au nombre d op rations que peut effectuer un microprocesseur d
16. emplir ces 2 fonctions Le choix de x t est primordial pour une bonne r duction et une tude exploratoire de coh rence est souhaitable pour en d terminer la nature ou la position 5 Param tre B Au lancement du programme B gouverne la vitesse de convergence de l algorithme vers la solution optimale Lorsque la minimisation est atteinte sa valeur conditionne l aptitude du syst me suivre dans le temps des variations du bruit traiter Plus grand est B plus rapide est le syst me Il existe cependant une valeur maximale ne pas d passer au dessus de laquelle l algorithme diverge La d termination de cette valeur maximale est trop complexe pour tre effectu e partir de la connaissance des param tres du syst me Le syst me COMPARS poss de un moyen simple d ajuster B gr ce un bouton potentiom trique plac en face avant du bo tier on peut faire varier f de z ro une valeur tr s lev e Lors des essais l utilisateur pourra chercher exp rimentalement le r glage de B assurant la stabilit et la rapidit recherch e Ce r glage n est pas pointu et tol re une marge relativement importante pour peu que l on soit en dessous de la valeur de divergence l Celle ci est fonction du nombre de voies de NW et des hij k
17. epr sentation temporelle elles permettent d augmenter ou de diminuer d un facteur 2 l chelle de visualisation Fig 10 Repr sentation temporelle d un signal d entr e La touche ESCAPE permet de quitter la fonction visualiser les signaux 1 Maximum 4096 25 IV M THODOLOGIE Nous donnons dans ce chapitre un exemple d application du syst me COMPARS avec toute la proc dure de r glage et de mise au point L exemple choisi est la r duction du bruit d une machine au voisinage d un poste de travail fig 11 mais toute autre application acoustique ou vibratoire n cessitera une proc dure similaire IV 1 MONTAGE PHYSIQUE C ble 20 paires torsad es O O cree Q e oo O oo O oo Ooo O oo Ooo v O oo Ooo O oo Ooo O oo Ooo L ee if Pr amplificateur Microphone de r f rence Sources de conitre bruit Microphones de contr le Fig 11 Montage 26 2 microphones sont plac s au voisinage de la zone prot ger et reli s aux entr es 2 et 3 du bo tier de pr amplification 2 haut parleurs sont galement plac s au voisinage de la zone trait e et doivent avoir une bande passante compatible avec les composantes spectrales du bruit traiter Leur ampli est reli aux voies de sortie analogiques 1 et 2 du contr leur Le signal de r f rence peut tre soit un microphone plac
18. es r ponses impulsionnelles demand L utilisateur peut alors soit r duire la fr quence d chantillonnage soit diminuer le nombre de points des r ponses impulsionnelles ou bien choisir la m thode d identification par impulsions Pour les identifications avec signal de r f rence ou avec bruit blanc le PC peut aussi afficher le message suivant Le syst me va effectuer l identification en deux fois tout d abord il proc de l identification sur la premi re moiti des capteurs d erreur puis celle sur le reste des capteurs La dur e d une identification sera donc dans ce cas l gale au double de la valeur choisie par le param tre dur e identification en ms Le PC affiche aussi la fr quence d chantillonnage maximale admise par le syst me si l on d sire un seul passage 1 pe Fef2 2 Pour viter tout ph nom ne de repliement il est pr f rable de choisir Fe 3 Fe Si l utilisateur d cide de ne pas effectuer d identification et si celle ci n a pas t pr alablement faite le PC affiche le message suivant Dans le cas o l identification a t faite et si l utilisateur modifie un des param tres influen ant cette identification le PC affiche le message suivant ATTENTION Quand le nombre de sources NS est modifi il faut penser proc der l identification des sources suppl mentaires l aide du menu identifier une voie particuli re Le seul param t
19. eurs du conditionneur L affichage est de type bargraphe et pr sente en temps r el le niveau enregistr sur chaque entr e utilis e Le niveau absolu ou relatif en dB de l entr e concern e est affich au dessus de chaque bargraphe L utilisateur peut r gler les gains manuellement l aide des touches suivantes home le curseur se positionne sur la voie de r f rence end le curseur se positionne sur la derni re entr e en tenant compte du nombre de capteurs choisi pgup le curseur remonte sur la premi re ligne sans changer de colonne pgdn le curseur descend sur la deuxi me ligne sans changer de colonne gt la fl che droite permet de d placer le curseur vers la droite lt la fl che gauche permet de d placer le curseur vers la gauche la fl che vers le bas permet de diminuer d une valeur le gain de l entr e sur laquelle est positionn le curseur la fl che vers le haut permet d augmenter d une valeur le gain de l entr e sur laquelle est positionn le curseur l L utilisation de la fonction figer l adaptation correspond mettre BA z ro Par cons quent les coefficients w ne varieront plus 2 Les diff rentes valeurs possibles sont 1 2 4 8 16 32 64 et 128 ALT permet de diminuer d une valeur le gain de toutes les entr es en fonctionnement ALT permet d augmenter d une valeur le gain de toutes les entr
20. ifier toutes les voies successivement touche I ou i ou bien seulement une voie particuli re touche P ou p dans le cas o l identification de cette derni re n est pas t satisfaisante Si l utilisateur choisit IDENTIFIER UNE VOIE PARTICULI RE le PC lui demande QUELLE VOIE il d sire identifier Une fois l identification termin e le PC affiche VOIE xx IDENTIFI E Les r ponses impulsionnelles peuvent tre stock es touche S ou s et r utilis es ult rieurement touche R ou r Lors de l utilisation d une de ces deux fonctions le PC demande le nom du fichier et affiche quand l op ration est termin e l un des deux messages suivants Les Hij sont stock s ou les Hij sont charg s Lors du rappel de r ponses impulsionnelles sauvegard es dans un fichier le PC v rifie que la configuration dans laquelle a eu lieu l identification corresponde celle actuellement en cours dans le menu Donn es actuellement charg es Dans le cas contraire un message d erreur appara t Avant de proc der l identification des trajets secondaires il est n cessaire de r gler le niveau des amplificateurs des sources secondaires ainsi que l amplitude des signaux de sortie servant cette identification3 Pour ce faire on utilise la fonction R glage des gains touche G ou g du menu Identification Le PC demande quelle source on d sire r gler et envoie sur celle ci le signal d identification impulsions bruit blan
21. ionnement r gler l aide de la fonction r gler les gains le niveau d entr e de la voie de r f rence et des 2 microphones de mani re ce que les 3 4 ou 4 5 environ des leds des bargraphes soient vertes2 Ce r glage ne devra plus tre chang par la suite Couper la source de bruit 1y s agit de la m thode par impulsions 2 Vous pouvez utiliser la fonction AUTORANGE IV 4 IDENTIFICATION DES Hu K Les amplis des H P tant allum s mettre le bouton BA z ro et appeler le sous menu identification Dans celui ci choisir d abord la fonction r glage des gains Le programme envoie alors des impulsions en continu sur la voie demand e Proc der au r glage des amplis des sources secondaires de mani re ce que les impulsions ne saturent pas les entr es ou ne soient pas trop faibles Si certaines valeurs sont tr s inf rieures ou d passent les valeurs limites r gler en cons quence le gain des ampli mais pas le gain d entr e des voies Une fois le r glage des amplis r alis quitter cette fonction en tapant la touche ESC On peut maintenant proc der l identification des trajets secondaires l aide de la fonction identifier toutes les voies Le programme envoie alors s quentiellement sur chaque voie un nombre d impulsions correspondant au Nb de tops ici 10 Pendant toute la dur e de l identification le PC affiche les niveaux enregistr s sur chaque entr e ceci permettant de suiv
22. it de diminuer la fr quence d chantillonnage soit de modifier un des autres param tres NM NH o NW On peut pour ce faire utiliser la fonction AIDE Cette fonction est valide pour les quatre param tres suivants nombre de capteurs NM nombre de points des r ponses impulsionnelles NH nombre de coefficients du filtre NW et fr quence d chantillonnage Fe On place le curseur sur le param tre dont on d sire conna tre les possibilit si En utilisant la touche de fonction F1 l ordinateur affiche la valeur maximale admissible par le syst me en tenant compte des autres param tres choisis Cette fonction AIDE est aussi accessible d s l apparition du menu Donn es actuellement charg es Ti faut pr alablement avoir d termin les trois autres param tres 14 Si le choix de la fr quence de coupure ne respecte pas le crit re de SHANNONI le PC affiche un message d erreur Il faut alors soit augmenter la fr quence d chantillonnage soit diminuer la fr quence de coupure des filtres antirepliements2 Dans le cas d une identification avec signal de r f rence ou avec bruit blanc ces m thodes sont plus longues que la m thode par impulsions Si les param tres choisis par l utilisateur sont trop lev s le PC affiche le message suivant Il donne la fr quence d chantillonnage maximale que le syst me supporte en tenant compte du type d identification choisi et du nombre de points d
23. leur nombre on arrive dans la majorit des cas produire des r ponses impulsionnelles convenables On trouvera au chapitre V une m thode g n rale et syst matique du r glage du syst me IILS VISUALISATION DES SIGNAUX D ENTR E En cours de minimisation il est interressant de visualiser les signaux d entr e de mani re temporelle ou spectrale afin de juger de l efficacit du contr le Dans le menu principal la fonction visualiser les signaux offre cette possibilit Fig 9 et 10 Fig 9 Repr sentation spectrale d un signal d entr e Il est possible de figer la visualisation des signaux l aide de la touche f Pour comparer les signaux avec et sans minimisation on peut m moriser le signal d entr e sans antibruit l aide de la touche m puis lancer la minimisation avec la touche TABULATION La touche e permet quant elle d effacer le signal m moris Pour passer de la repr sentation spectrale la repr sentation temporelle et inversement il faut utiliser la touche ESPACE Les fl ches droite et gauche permettent respectivement d augmenter ou de diminuer le num ro de la voie visualis e H est aussi possible de modifier l chelle de visualisation l aide des fl ches vers le haut et vers le bas Dans la repr sentation spectrale des signaux ces fl ches permettent de d placer la fen tre de visualisation de 10 dB vers le haut ou vers le bas Dans la r
24. ltre est fonction de l exp rimentation On tachera de choisir NW le plus grand possible compte tenu des limites du syst me La souplesse du logiciel COMPARS pour changer les valeurs des param tres de l algorithme et tester imm diatement leur effet sur la minimisation s av re un outil tr s puissant pour la d termination de NW ou des autres coefficients 4 Choix du signal de r f rence On a vu que ce signal doit tre parfaitement corr l avec le bruit traiter Cela signifie que ne seront minimis es que les fr quences du bruit parfaitement coh rentes avec celles contenues dans x t Si les signaux bj t contiennent des composantes qui n existent pas dans x t ou qui ont une faible amplitude celles ci ne seront pas ou mal minimis es Inversement x t peut contenir des composantes qui n existent pas dans les bj t sans que cela ne nuise la minimisation des composantes utiles condition que le niveau de ces derni res ne soit pas excessivement faible par rapport aux autres Dans le cas de bruits p riodiques li s la rotation d un moteur un bon choix de x t est d utiliser un codeur mont sur le moteur ou un signal lectrique d livrant un top par tour Un tel signal garantit une coh rence parfaite sur le fondamental et les harmoniques et assure une immunit totale de x t aux rayonnements des sources secondaires Dans d autres cas un microphone directif ou un acc l rom tre convenablement plac peut r
25. n ms Amplitude des tops 0 2000 Dur e identification en ms Amplitude sortie 0 30000 B ta pour identification 0 20000 Nb de points oscillo puiss de 2 Fig 4 Les variables n cessaires l algorithme LMS Il propose l utilisateur de lancer le syst me soit avec ces donn es tapez A soit avec de nouvelles donn es tapez N ou avec des donn es pr c demment stock es dans un fichier tapez R Le stockage ventuel de donn es s effectue en tapant la touche S et en donnant un nom de fichier 1 T est noter que le syst me garde en m moire automatiquement les derniers param tres choisis par l utilisateur Le nombre de sources de contre bruit utilis es peut varier de 1 16 celui de capteurs d erreurs de 1 181 Il est n cessaire de conna tre le nombre de points des r ponses impulsionnelles des trajets secondaires NH ainsi que celui des coefficients de l algorithme de minimisation NW Pour garder sa pleine efficacit l algorithme de minimisation il faut avoir une bonne connaissance de la r ponse impulsionnelle des trajets secondaires Suivant la configuration demand e on peut choisir jusqu 300 points pour NH Le nombre des coefficients NW utiliser est fonction des signaux traiter fr quences pures ou bruit large bande L utilisateur choisit la fr quence d chantillonnage en fonction de l application ainsi que les fr quences de coupure des filtres passe
26. oefficient d adaptation est fix par le param tre b ta pour identification La fonction oscilloscope permet de visualiser sur le PC des tranches successives de signal d entr e en fonction du nombre de points choisi dans le menu de 2 256 1 La voie du signal de r f rence n est pas comprise dans ce nombre 2 Les filtres passe haut sont situ s dans le bo tier de conditionnement 3 Nombre de tops 4 Espacement entre les tops Amplitude des tops 6 Il doit tre une puissance de 2 la 28 Si l utilisateur choisit de modifier les donn es propos es touche n ou N la fen tre du bas est remplac e par celle ci Elle indique la fr quence d chantillonnage maximale laquelle on peut travailler avec les param tres pr c demment choisis On peut ensuite placer le curseur l emplacement d sir et taper la nouvelle valeur de la variable puis valider l aide de la touche ENTER Une fois tous les param tres d termin s on utilise la touche ESC pour continuer Si on ne d sire rien modifier on utilise tout de suite la touche ESC Dans le cas o la combinaison des quatre param tres suivants NM nombre de capteurs d erreur NH nombre de points des r ponses impulsionnelles longueur des Hij NW nombre de coefficients du filtre longueur des Wi Fe fr quence d chantillonnage ne convient pas le PC affiche la fen tre suivante On a alors la possibilit so
27. on des trajets secondaires qui seront d crits plus loin l utilisateur a acc s un certain nombre de fonctions il peut retourner au menu pr c dent pour modifier les donn es ou simplement les consulter touche c ou C pendant le d roulement de l algorithme il peut e couper ou remettre l antibruit afin de juger de son efficacit touche TABULATION e stopper momentan ment l adaptation des filtres correcteurs touche A ou a en figeant leurs coefficients ce qui peut tre utile pour modifier certains l ments du syst me ou mesurer les performances du contr le visualiser les diff rents signaux de r f rence et de capteurs d erreurs touche V ou v cf I5 Les fonctions apparaissant en gris ne sont pas valides Par exemple la fonction ex cuter le programme ne devient valide qu apr s l identification de toutes les voies termin e Les deux fonctions couper remettre l anti bruit et figer l adaptation sont valides seulement quand l ex cution de l algorithme de minimisation est lanc e La fonction r glage hardware est r serv e au test et la maintenance du syst me On ne peut y acc der que par un mot de passe I 3 R GLAGE DES GAINS Avant toute utilisation du syst me il est important de r gler le niveau des entr es en fonction du bruit traiter Pour ce faire le menu principal propose une fonction r gler les gains Fig 6 qui permet la programmation des amplificat
28. re le bon d roulement de l op ration Quand l identification est termin e le PC visualise les r ponses impulsionnelles obtenues pour la premi re source de contre bruit V rifier que celles ci sont correctes Faite de m me pour la deuxi me source en incr mentant le num ro de source avec la fl che afin de visualiser les r ponses impulsionnelles de cette source Si une des r ponses impulsionnelles n est pas satisfaisante refaite cette identification l aide de la fonction identifier une voie particuli re On peut relancer autant de fois que n cessaire l identification Une fois obtenus un r glage satisfaisant et une identification correcte Ja minimisation est pr te commencer choix de B Pour d marrer la minimisation il suffit d augmenter B apr s avoir demand l ex cution du programme Proc der lentement afin d viter une ventuelle divergence D s qu une minimisation satisfaisante est obtenue laisser B dans sa position l L utilisateur peut aussi jouer sur le choix de l amplitude des impulsions en utilisant la Fonction changer ou visualiser les donn es du menu principal 2 Les bargraphes deviennent compl tement rouges Le syst me est alors apte suivre toute variation du bruit primaire condition de rester dans la dynamique des voies d entr e Dans le cas contraire il suffira de proc der un nouveau r glage et de relancer le programme
29. re modifiable sans aucun changement pour l identification est le nombre de coefficients du filtre NW Une fois toutes ces donn es correctement choisies l ordinateur calcule toutes les variables internes du syst me et les envoie aux processeurs concern s Il programme le timer du processeur ma tre et calcule le facteur de d cimation en fonction de la fr quence d chantillonnage demand e Il programme aussi les filtres de lissage des sorties et calcule les coefficients des filtres num riques antirepliements Le chargement des programmes et des donn es associ es se fait apr s la validation des variables pr c demment demand es Il appara t alors le menu principal Fig 5 1 Identif 0 2 Nombre de microphones nombre de points des r ponses impulsionnelles fr quence d chantitlonnage fr quence de coupure des filtres antirepliements ou fr quence de coupure des filtres passe haut 111 2 MENU PRINCIPAL CHANGER O VISUALISER LES DONNEES IDENTIFIER LES TRAJETS SECONDAIRES EXECUTER LE PROGRAMME COUPER REMETTRE L ANTI BRUIT FIGER L ADAPTATION REGLER LES GAINS VISUALISER LES SIGNAUX REGLAGE HARDWARE QUITTER PROGRAMME B ta 0 Fig 5 Menu principal Une fen tre sp ciale affiche l tat du syst me programmes charg s minimisation en cours antibruit coup larsen et la valeur du coefficient de convergence b Outre le r glage des gains et l identificati
30. rr tez le syst me il est pr f rable d teindre d abord le conditionneur puis le contr leur 27 IV 2 CHOIX DES PARAM TRES Lancer le programme COMPARS A la premi re question taper N ou n pour avoir de nouvelles donn es Les donn es d pendent videmment de l application Cela suppose une connaissance du spectre du bruit ou de la vibration traiter Choisir une fr quence de coupure Fc des filtres anti repliement sup rieure la fr quence maximale traiter et une fr quence d chantillonnage Fe gale 3 fois Fc sans oublier que le traitement actif est avant tout efficace aux basses fr quences Choisir NH et NW en fonction de Fe et des consid rations donn es au chapitre III Dans l exemple pr sent ici et en supposant un bruit de machine comportant 10 raies s talant de 50 500 Hz un choix possible des param tres pourrait tre Nb de sources 2 Nb de capteurs 2 longueur des Hij 100 longueur des W j 30 fr quence d chantillonnage 1800 Fr quence de coupure des filtres antirepliements 600 Identif 1 Nb de tops 10 espacement entre les tops en ms 400 et amplitude des tops 1000 Il existe beaucoup d autres possibilit s de choix et seuls des essais r p t s permettront de d terminer les meilleurs Valider ces donn es en tapant ESC Appara t alors le menu principal IV 3 R GLAGE DES NIVEAUX D ENTR E La machine responsable du bruit g nant tant en fonct
31. t l acquisition de 19 voies d entr e leur traitement par l algorithme de contr le et la commande de 16 voies de sortie un PC portable muni de tous les logiciels de pilotage de l ensemble i Module de A FE ses C7 s Liaison s rie C ble coaxial Haut Microphones Parleurs electret Liaison parall le Fig 1 Synoptique du syst me complet Le logiciel COMPARS qui doit tre utilis sur PC permet de choisir l algorithme de traitement et un certain nombre de param tres associ s l algorithme et l exp rimentation Le tout est charg par l interm diaire d une liaison s rie RS232 dans le contr leur o le traitement temps r el peut alors s effectuer Le syst me COMPARS est en fait un instrument tr s pratique et g n ral de traitement du signal multivoies temps r el Il est possible de programmer n importe quel type d algorithme reliant les voies d entr e et de sortie Il a t cependant con u dans l optique d une utilisation en contr le actif et dans le but de r duire au minimum la contribution de l utilisateur C est cette fonctionnalit qui est d crite dans cette notice Le chapitre TI donne les caract ristiques g n rales des bo tiers et la fonction des diff rents boutons et connecteurs accessibles l utilisateur Le chapitre III d crit le logiciel associ l utilisation d un algorithme de minimisation appel LMS dont les propri t s sont rappel es
32. ts p riodiques Nous invitons le lecteur qui ne le conna trait pas lire l annexe A du pr sent document Nous y donnons partir d un exemple classique une formulation simple de l algorithme ainsi qu une description d taill e des diff rents param tres etune mani re pratique de les d terminer Le logiciel d accompagnement de l algorithme LMS existe actuellement en une version classique pour PC avec visu graphique que nous d crivons dans ce chapitre Le programme se trouve sur une disquette 3 1 2 pouces et peut tre copi e de mani re classique sous MS DOS Outre l ex cutable COMPARS EXE la disquette comporte galement les fichiers LMSR OUT et TEST OUT qui contiennent les codes assembleur des algorithmes charger dans le contr leur et les fichiers TEMPO CMP SENS CMP et GAIN CMP qui servent respectivement la sauvegarde de donn es temporaires celle de la sensibilit des microphones et celle des valeurs des gains Ces 5 fichiers doivent se trouver dans le m me r pertoire que COMPARS EXE lors de l ex cution Le logiciel COMPARS permet de charger l algorithme de traitement ici l algorithme LMS et de modifier les param tres de cet algorithme Il permet aussi de contr ler en temps r el certaines variables de l algorithme lors de son d roulement Il permet aussi le stockage de donn es autorisant ainsi un lancement rapide dans le cas de manipulations r p titives Le lancement se fait soit en tapant COMPARS puis
Download Pdf Manuals
Related Search