基于声辐射模态的有源结构声辐射系统鲁棒H_∞控制

以简支板为例,在考虑参数不确定性的情况下,对基于时域声辐射模态的有源结构声辐射系统进行了鲁棒H∞控制研究。首先基于声辐射模态理论,建立了包含不确定性的状态空间模型,然后引入虚拟性能指标将其转化为标准H∞控制模型求解了鲁棒H∞输出反馈控制器。最后进行了仿真计算,结果表明该方法具有较强的稳定鲁棒性和性能鲁棒性。

基于解析法的复杂封闭空间有源结构声控制

给出了任意凸多面体声腔在内部点源和外力激励下,腔内声压分布的解析解。该解析方法较传统的数值方法,不仅数据准备量小、速度快精度高,且能够解决目前常用的声弹性法难以解决的复杂几何形状的封闭空腔的声固耦合问题。在此基础上,结合有源结构声控制方法,建立了复杂封闭空间局部区域有源消声的模型,给出了矩阵形式的数值算法,并对一类似车辆驾驶室的复杂封闭空腔进行了有源降噪仿真分析,降噪效果良好,证明该方法可以作为复杂封闭空间有源力消声控制系统的建模基础。

有源结构声传人控制的研究进展

用有源振动控制板振动,从而对通过板向闭空间传入的声进行控制已有了一些研究,一般是对单频噪声进行前馈控制。但在一些情况下,如对随机振动噪声控制时,前馈控制难应用。在介绍有源结构声传入控制研究进展的基础上,本文用反馈控制方法对无规入射声场通过板向闭空间的传入进行了控制。理论和实验均表明反馈控制方法是有效的。对所研究的板/闭空间耦合系统,在单频情况下调好的反馈控制对其相应的1/30ct内的白噪声亦有控制效果,而在单频情况下调好的前馈控制状态不适用于对宽带噪声控制。

封闭空间有源结构声控制中次级力的约束优化

为了解决封闭空间有源结构声控制中次级力源在约束条件下的布置问题,建立了封闭空间有源结构声控制约束优化模型,提出了一种约束条件下确定次级力源最优配置参数的方法。以封闭矩形腔为例进行仿真计算,讨论了控制力的数量对控制效果的影响,并在有限元仿真软件COMSOL中对优化结果进行了验证。结果表明:在约束条件下,采用该方法计算得到的次级力源位置和复强度的控制能获得更好的声势能控制效果,两个控制力比单个控制力能取得更大的声势能和结构动能的衰减。

基于声辐射模态的耦合封闭声腔有源结构声控制机理

利用声辐射模态进行有源结构声控制(ASAC)是一种全新有效的结构声控制方法。为此,结合结构模态和声模态,研究了基于声辐射模态的ASAC机理。研究结果表明:基于声辐射模态的ASAC机理在于大幅降低主导声辐射模态幅度;从结构模态的角度来看,板控模态频率下的结构模态幅度出现模态抑制,而腔控模态频率下则发生模态重组;从声模态角度来看,同时降低了与该阶主导声辐射模态耦合的一组声模态幅度,从而实现了声势能衰减和全局降噪。

基于谱元法的加肋圆柱壳声振有源控制研究

加肋圆柱壳是水下航行器的主要声发生器,控制加肋圆柱壳结构振动和水下辐射噪声中的低频线谱成份,对提高水下航行器声隐身性能具有重要意义。针对复杂加肋圆柱壳结构振动响应计算、线谱有源控制次级力源作用位置和大小优化计算难题,提出了基于精细区域分解谱元法的加肋圆柱壳结构振动响应计算半解析方法,采用壳体外法线方向位移响应均方值最小的控制策略,建立了复杂加肋圆柱壳线谱有源控制理论方法。利用该方法计算分析了激励力与次级力源之间的相对位置对加肋圆柱壳结构振动和水下辐射噪声的影响,掌握了次级力源安装位置对线谱成份控制效果的影响规律。试验结果表明,该方法可有效控制加肋圆柱壳结构振动中的低频线谱成份,为水下航行器声隐身性能设计提供了新方法。

振动和结构声的有源控制技术

近年来在有源噪声控制的基础上发展的有源振动和结构声的控制对降低低频振动和采用控制噪声辐射作的方法降低结构声是一种有发展前景的噪声与振动控制技术。本文讨论了振动和结构声的有源控制技术的一些基本内容并给出应用实例和实验结果。

基于模态理论的有源声学结构控制机理研究

有源声学结构是近年来提出的一种控制结构低频声辐射的有效方案,它是智能结构在噪声控制领域的具体应用,其控制机理是一个亟待解决的关键问题,文中结合声辐射模态和结构振动模态理论对该问题进行了研究并作了定量解释。研究结果表明:有源控制的机理在于减小结构主导辐射模态的幅度(声功率),同时保证低阶非主导辐射模态的幅度不会有大的升高;在控制高阶辐射模态幅度的同时,低阶辐射模态幅度也被有效控制;四个次级板能够抵消各种类型的振动模态对应的主导辐射模态,从而有效控制结构所有振动模态的声辐射。

基于平面声源进行结构声辐射有源控制的实验研究

采用分布式平面声源作为次级声源,对振动钢板的声辐射进行了抵消实验,验证了以往研究中的一系列关键理论。实验研究结果表明:一个平面声源可以控制钢板奇-奇模态的声辐射,两个平面源可以控制结构偶-奇或奇-偶模态的声辐射,同时也可以控制结构奇-奇模态的声辐射;平面声源的面积和布放位置对降噪效果有重要影响,采用单个平面声源控制时,平面声源面积越大,控制效果越好;基于近场声压的误差传感策略是有效可行的,实际中,将近场测量面的声功率作为有源控制的目标函数与总声功率作为目标函数是一致的;控制后远场声压和声强都得到有效降低,部分区域的声能向声源流动,近场声压及声强分布也发生显著变化。

有源声学结构中的次级作动和误差传感

以近场声功率计算方法为基础,引入速度辐射模态和近场声压辐射模态概念,建立有源声学结构次级作动和误差传感的统一的数学模型．首先从理论上研究了次级声源布放准则,然后推导了基于PVDF分布式速度传感和离散点近场声压误差传感条件下的有源控制性能计算公式, 并通过计算机仿真验证了相关结论,最后讨论了系统实现时需要解决的关键问题．

有源声学结构次级声源的布放规律研究

有源声学结构是近年来提出的一种控制结构低频声辐射的有效方案,它是智能结构在有源噪声控制领域的具体应用。次级声源的优化布放是有源声学结构研究中的核心问题,本文对此进行了研究。首先建立了有源声学结构的计算模型,然后基于声辐射模态和结构振动模态理论,推导总结出各种情况下次级声源的最优布放规律,最后用一系列的计算机仿真实例对该规律进行了验证。

有源声学结构系统配置优化设计

探讨了有源声学结构系统配置的优化设计,给出了AAS中次级结构最优布放规律,以及在测量面声压最小准则下误差传感器的最优布放规律,并从工程实现角度讨论了次级结构与误差传感器的选取与实现方法。

有源声学结构降噪的物理机制分析

有源声学结构是近年来提出的降低结构低频声辐射的有效方案,对其降噪中的物理机制进行分析将为系统优化设计、次级源和误差传感器布放及控制目标选取等关键问题提供直接指导。文中在最小辐射声功率条件下,从控制前后初、次级结构的辐射声功率变化以及声场中声强的分布来阐述降噪中的物理机制,研究结果表明:降噪中的能量转换分为能量抑制、能量吸收及能量反吸收三种机制;对于近场声强分布,有源控制效果主要通过声强幅度抑制和声强方向调整两种机制体现,部分区域的声能量在控制前向远场传递,控制后则流向声源。

基于(u,p)方程含多孔材料有源声学结构的声学性能研究

为准确分析含多孔材料有源声学结构的声学性能,利用一种结合(u,p)方程和有限元技术的计算方法对有源声学结构建模,分析声波在多孔材料中传播规律,并进行了实验验证。基于固相位移和流相声压的(u,p)方程对多孔材料固、流两相间强烈耦合进行分析,建立了多孔材料的有限元模型,并对含有多孔材料双层板有源声学结构的声学性能进行了测量,实验数据显示与数值模拟结果有着较好的吻合。在共振频率下,控制后有源声学结构隔声量提高了10 dB以上;500Hz以上,有源声学结构的吸声系数超过0.6。计算获得的多孔材料共振频率与实验结果相比相对误差不超过5%,隔声量计算误差不超过1dB。

平面扬声器的声学性能及其在结构声有源控制中的应用

简述了平面扬声器的工作原理,然后从声辐射的角度建立了平面扬声器的理论模型,给出了平面扬声器的声压、声功率的数学表达式,通过仿真得出了平面扬声器的辐射指向性及声压、声功率的频率响应曲线,分析了平面扬声器用于结构声有源控制的优、缺点,并针对存在不足作了探讨性研究。

基于平面声源的三层有源隔声结构误差传感策略研究

次级源为平面声源的三层有源隔声结构,系统易于实现且具有良好的低频隔声性能。误差信号的检测是实现该系统的关键问题。将分布式位移传感材料聚偏氟乙烯(Polyvinlidene fluoride,PVDF)薄膜敷设于系统外层辐射板来检测结构辐射模态幅值而实现误差传感。用声-振耦合理论对振动系统建模,选取合适的控制策略和目标函数,并推导检测辐射模态幅值的PVDF形状设计公式。根据控制前三层结构中声能量的带通传输规律,选取合适的控制目标作为误差信号,并对各阶辐射模态传感器形状进行分频段设计。结果表明,由于三层结构特殊的能量传输规律,以辐射板前三阶辐射模态为控制目标即可获得理想的降噪效果。结合能量传输的带通特性,设计的各阶辐射模态幅值PVDF传感器只检测其声辐射占主导的频段内的辐射信息,保证传感精度的同时有效简化了PVDF形状。

平板型有源吸声结构物理机制研究

有源吸声结构是近年来提出的吸收低频反射声的有效方案,对其物理机制的分析将为系统优化设计、次级源和误差传感器布放及控制目标选取等关键问题提供理论支持。在最小反射声功率条件下,从控制前后初、次级结构的反射声功率和净声强的变化,以及反射声场中声强的分布来阐述吸声降噪中的物理机制。结果表明,吸声降噪中的能量转换分为能量抑制、能量吸收以及能量抵消3种机制。从近场声强的角度看,有源吸声主要是通过声强幅度抑制和声强方向调整两种机制体现,控制前大部分区域反射声波的法向声强为负值,控制后则变为正值,即声能量在控制前向远场传递,控制后则流向吸声结构。

有源吸声结构近场声学特性

有源吸声结构是近年来提出的一种利用有源控制技术吸收低频反射声的智能结构,对其近场声学性能的分析将为系统优化设计、次级源和误差传感器布放及控制目标选取等关键问题提供理论支持。本文在最小反射声功率条件下,对控制前后吸声结构近场观察面声强及吸声系数的变化进行数值仿真。仿真结果从近场法向声强的幅值、辐射形式及空间分布等方面分析有源吸声结构的近场声学特性,并从结构表面吸声系数变化的角度进一步加以验证。

基于平面声源的三层有源隔声结构次级源最优布放

三层有源隔声结构中次级平面声源的布放影响系统的隔声性能,平面声源位置的优化需重点研究。应用遗传算法在宽频带内对三层结构中平面声源的位置进行优化设计。首先对三层板腔结构建模并求解振动响应,然后分别以被动隔声、有源降噪及系统总隔声性能为依据,构建宽频带优化函数;最后通过迭代计算获得最优的布放位置。结果表明,对于被动隔声最优的平面声源布放位置应位于双层结构的中间;而对有源降噪,次级声源应尽量靠近入射板布放。对于系统总的隔声性能,最优的布放位置应在上述两者之间取折中。