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《哈尔滨工程大学》 2007年
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结构声辐射与声传输有源控制理论与控制技术研究

靳国永  
【摘要】: 由结构的振动而引起的声辐射及其控制问题一直是相关声学工程领域的重要研究课题。结构声有源控制技术(ASAC)是解决低频结构噪声的有效手段。对结构声辐射有源控制范畴的误差传感与控制方法理论、控制机理以及控制实施的关键技术等方面的研究均具有重要的理论意义和应用前景。本文对结构声辐射有源控制的方法理论、机理以及控制技术等方面进行了系统深入的研究。现将论文的主要内容和主要研究成果简述如下: 针对弹性板封闭声腔系统的结构—声耦合问题,从全新的分析角度进行了结构—声的耦合机制、耦合特性、耦合作用对系统固有频率和模态的影响以及其影响因素的理论与数值仿真分析。提出了结构—声耦合问题的一种新的分析方法,将板—腔耦合系统模拟成控制理论中的反馈与前馈系统,据此可以方便直观的分析结构—声耦合机制和决定系统耦合程度的影响因素。证明了强耦合系统具有较强的反馈系统特征,弱耦合系统具有较强的前馈特征。揭示了规则弹性封闭空间具有严格的模态簇耦合的特性。模态间的簇耦合机制决定了整个结构—声腔系统的耦合作用;任何一簇的结构或声模态仅独立影响其同一簇的声或结构模态以及其耦合后的模态固有频率,而对其它簇模态没有影响。 从辐射模态的概念和角度研究了利用结构误差传感技术对弹性封闭空间结构声辐射进行有源控制。首先,基于时间平均声势能的二次型表达式,利用特征值分解得到了弹性封闭空间结构声辐射模态,分析了辐射模态的数学和物理意义并揭示了辐射模态与声腔模态以及辐射模态与结构模态之间的内在耦合关系。然后,通过声辐射模态建立了弹性封闭空间结构声辐射有源控制模型。最后,采用压电陶瓷作动器作为控制力源进行了封闭空间结构声辐射有源控制数值计算与分析研究。 综合运用有限元建模和模态耦合理论,在利用有限元计算结构和声腔的特征频率和模态振型,声模态质量,结构模态质量,进而求出耦合系数后,利用声—固耦合理论建立了复杂舱室空间结构声辐射有源消声系统控制和分析模型,并对其进行有源消声研究。利用这一方法可以对复杂封闭空间进行理论分析,而不受封闭空间形状的限制,从而拓宽了有源消声技术的研究范围,为复杂舱室空间有源消声的实施奠定理论基础。 利用子系统模态综合理论,结合阻抗—导纳矩阵法建立了声通过双层板向自由空间传输和向封闭空间传输及其有源控制两种物理模型的分析模型,导出了系统模态响应的矩阵表达式。该表达式各部分物理意义明确,并便于进行系统耦合分析、有源控制理论和数值研究。然后,在此模型的基础上,研究了两种传输模型下的传输特性。结果分析表明,声通过双层板腔系统的传输特性具有较强的前馈特征和较弱的反馈特征,系统前两个基频处,是双层板系统最强的能量传输和声辐射频率区。 建立了各种控制策略下统一的有源控制仿真计算模型,在此基础上对双层板声传输有源控制进行了全面深入的数值研究,并对各种控制策略下的控制机理进行了深入分析。结果表明:入射板PZT控制策略对入射板模态更有效;辐射板PZT控制一般仅对辐射板模态有效;腔控制策略对入射板、腔以及辐射板模态均有效,且整体控制效果明显优于入射板控制和腔控制,从而说明,在双层板声传输控制中,采用腔中次级声源的控制策略是一种更好的控制策略。建立了双层板声传输的辐射模态控制分析模型,并分析讨论了辐射模态阶数和腔中介质参数对有源控制性能的影响。 针对结构声有源控制技术的实施问题,提出了一种基于联立方程式方法的误差通道在线辨识算法。与前人的在线建模方法相比,既无需在控制信号输出端叠加随机噪声,也不同于利用控制信号本身的整体建模方法,而是巧妙的利用了控制收敛过程中不同采样时刻控制权系数的不同权值。该方法用参考信号作为辨识输入信号,辨识环节又不出现在控制环节中,从而在根本上避免了主控制环节与辨识环节间的相互不良影响,大大降低了控制系统的复杂度并提高了控制精度。 针对结构声辐射有源控制实际应用中的误差传感问题,结合PVDF压电薄膜的电荷输出方程,利用三角函数的正交性提出了一种新的PVDF压电式传感器设计方法,设计了一种传感结构表面体积速度的PVDF传感器。该设计方法的优点是仅需三条一定形状的PVDF薄膜平行粘贴即可,并且有非常高的传感精度。数值仿真表明精度令人满意,使用激光测振仪的测量结果验证了该方法的正确性,并成功应用于结构声辐射有源控制实验,取得了很好的控制效果。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:U661.43

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【引证文献】
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1 刘记心;杨铁军;代路;孙瑶;;基于声辐射的结构振动有源控制技术仿真研究[A];现代振动与噪声技术(第九卷)[C];2011年
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1 杜敬涛;任意边界条件下结构振动、封闭声场及其耦合系统建模方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
【参考文献】
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1 黎胜;水下结构声辐射和声传输的数值分析及主动控制模拟研究[D];大连理工大学;2001年
【共引文献】
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5 张伟伟;叶正寅;;基于CFD技术的颤振主动抑制研究[A];第十届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2007年
6 李双;靳海水;何继访;;基于两种模态方法的结构声主动控制[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
7 尹垚;李普;方玉明;;基于声能量密度的自适应主动结构声控制研究[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
8 刘相秋;王威远;邹振祝;;压电结构的主动控制仿真与实验研究[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
9 王福章;陈文;;边界节点法求解高波数声波问题[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
10 缪旭弘;王雪仁;贾地;靳国永;庞福振;;大型复杂圆柱壳中高频振动噪声仿真计算方法研究[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
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1 杨陈;低噪声轻量化单缸柴油机的虚拟设计技术研究[D];浙江大学;2009年
2 郭磊;车用动力总成结构振动噪声的虚拟预测与分析技术研究[D];浙江大学;2009年
3 车勇;轮胎噪声的预测方法与试验研究及优化设计[D];武汉理工大学;2010年
4 井艳军;双馈风电机组模型预测控制研究[D];沈阳工业大学;2011年
5 刘松;基于相位共轭方法进行声源识别和定位[D];大连理工大学;2011年
6 李善德;大规模声学问题的快速多极边界元方法研究[D];华中科技大学;2011年
7 李坤;基于无网格方法的声学问题数值模拟研究[D];华中科技大学;2011年
8 黄继;含磁流变阻尼器自动武器缓冲系统控制理论与技术的研究[D];中北大学;2011年
9 宋春生;柔性浮筏系统的磁悬浮主动隔振理论与控制技术研究[D];武汉理工大学;2011年
10 徐琳;汽车液电馈能式减振器研究[D];武汉理工大学;2011年
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1 岳莎莎;基于TMS320VC5509A的管道有源噪声控制系统研究[D];山东科技大学;2010年
2 肖斐;管道有源噪声控制系统次级通道问题的研究[D];山东科技大学;2010年
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4 李萌;主动式动力消振器研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 谭学者;水下低频隔声特性理论与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 刘丽媛;增压器噪声控制与进气消声器设计研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 李鹏;声学覆盖层声学特性与舰船结构降噪效果预报方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 朱敏;内燃机排气噪声半主动控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 冮烁;圆柱壳体表面振动重构及辐射声场预报的模态分析方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 修孝廷;双层周期加筋板声学特性数值方法研究[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 黄茜;对边简支对边自由矩形板的声辐射研究[D];西南交通大学;2007年
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【二级引证文献】
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1 李鸿秋;板/壳—腔结构声振耦合分析及减振降噪优化研究[D];南京航空航天大学;2011年
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10 任泽霈,张登富;三维半封闭空间自然对流的流动与换热研究[J];工程热物理学报;1990年02期
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1 方玉明;;基于高速DSP的噪声自适应前馈控制实验研究[A];2004中国控制与决策学术年会论文集[C];2004年
2 刘记心;杨铁军;代路;孙瑶;;基于声辐射的结构振动有源控制技术仿真研究[A];现代振动与噪声技术(第九卷)[C];2011年
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6 王季卿;张晓岚;;庭院式戏场-无顶空间的音质[A];中国声学学会2006年全国声学学术会议论文集[C];2006年
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10 李双;靳海水;何继访;;基于两种模态方法的结构声主动控制[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文摘要集[C];2007年
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1 ;日本筹建“迷你地球”[N];新华每日电讯;2003年
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4 河南 张国光;泄漏通信电缆传输无线信号的过程[N];电子报;2008年
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6 王曙照 刘慧;给您支招儿防感冒[N];健康报;2006年
7 周必成;夏季健身别钻“密封罐”[N];健康时报;2006年
8 记者 陆慕寒;法拉利推出新型建筑用玻璃硅膜[N];中国纺织报;2006年
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5 李双;基于模态分析方法的有源声学结构研究[D];西北工业大学;2007年
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8 杜敬涛;任意边界条件下结构振动、封闭声场及其耦合系统建模方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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3 吴勃;封闭空间高频声脉冲响应场的计算机模拟[D];华北电力大学;2002年
4 冮烁;圆柱壳体表面振动重构及辐射声场预报的模态分析方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 尹帮辉;封闭空间的声固耦合特性分析[D];沈阳航空工业学院;2010年
6 蒋延超;封闭空间声场有源噪声控制研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
7 王跃;基于声辐射模态控制策略的主动结构声学控制研究[D];江苏大学;2005年
8 王昕;敷设粘弹性阻尼材料的板和加筋板的声振特性和降噪优化[D];武汉理工大学;2007年
9 王其峰;流体加载下含损伤板式结构声振特性研究[D];大连理工大学;2009年
10 顾俭;压电薄膜PVDF在振动结构声学主动控制(ASAC)中的应用[D];江苏大学;2002年
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