主动式声学超表面研究及其控制系统设计

为克服目前声学超表面存在可重构性差、功能单一以及稳定性较差等不足,基于声学理论并结合可编程逻辑控制器设计了一种可精密调节的多模式共振腔型声学超表面.首先建立了超表面狭缝宽度与相位变化的理论模型,并利用此模型分别计算出实现连续可调的声聚焦及声折射功能所需的狭缝宽度,且基于执行系统中的电机最大速度对其进行修正;其次设计包含单主多从模式硬件平台和电机运动软件算法的控制系统;最后利用自主研发的声场测试试验台对该超表面进行声波波阵面调制试验,并基于有限元方法分别对超表面调节入射平面波的声场进行数值模拟.试验和数值仿真结果表明,设计的控制系统可精确同步调控超表面狭缝宽度实现多种功能,设计的算法误差在0~1.1%,系统运行平顺性和鲁棒性得到提高,提出的主动式声学超表面解决了传统声学超表面可重构性差和因流体波动性导致共振腔室体积时变问题,增强了超表面的实际应用性,对声学超表面在主动声波操控方面提供了一定的指导.