水下圆柱壳声辐射有源力控制及机理分析

研究了利用力激励进行水下有限长圆柱壳振动声辐射有源控制问题。考虑流固声振耦合作用,根据圆柱壳辐射声功率在周向相互解耦的特性,推导了次级力源最优强度解析表达式,比较了单个力和多个力有源控制后的降噪效果;利用圆柱壳结构振动模态和声辐射模态的对应关系,分析了圆柱壳声辐射有源力控制的物理机理。研究结果表明:多个次级力更能有效地控制壳体产生声辐射的振动部分而达到控制噪声的目的;水下圆柱壳的前几阶声辐射模态的辐射效率很高,而辐射模态幅度较低,有源控制机理在于降低与结构振动模态对应的声辐射模态幅度,从而有效控制结构振动产生的声辐射。     

封闭空间中结构声辐射的有源力控制研究

推导了在初级力源和次级力源共同作用下的弹性结构振动声辐射公式,对封闭空间中的有源结构声控制（ＡＳＡＣ）建立了有源力最优控制模型。模拟实验研究了弹性结构由力源激励所产生的封闭空间声场的特点、有源控制力向量的位置、幅值和次级力源个数的选择等问题。结果表明,弹性结构在力源激励下的封闭声场,是由激励力大小、结构模态和空腔模态间的耦合决定的;对于单模态振动声辐射,应选取振幅最大处作为次级力源的位置,同时优化力的大小;另外,合理选取次级力源个数可有效控制多模态振动声辐射。这些结论为建立封闭空间中结构声辐射有源力控实验系统提供了理论基础。     

有源结构在次级力源作用下的模态抑制与重构

基于结构声学理论，以简支矩形板为例建立了弹性结构声辐射有源控制模型，在次能力源分别为点源和分布力源作用下，由计算机模拟结果表明，振动结构声辐射强烈的奇－奇模态能得到有效抑制，并证实了有源结构模态抑制与重构机理的存在，次级力源的作用位置对声辐射的抑制具有重要意义。     

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。     

基于声辐射模态的双层板声传输有源控制数值仿真和分析研究

针对双层板结构声有源控制(ASAC)的应用实施过程中全局控制目标函数和误差信号的获取问题,提出了基于辐射模态和结构误差传感的声传输有源控制的思想和策略,建立了双层板腔结构声传输系统及辐射模态控制分析模型.在此基础上对双层板腔声传输有源控制进行了数值仿真和分析研究,重点探讨了控制方法策略及系统参数对有源控制效果的影响及其对应的控制机理.结果表明:在低频范围内,仅需控制前四阶辐射模态声功率,便能和总的辐射声功率最小控制效果基本一样;在低频段声腔(0,0,0)模态在系统耦合响应中起主导作用,因此相比入射板和辐射板作动器控制,利用腔中次级声源作动的控制策略是一种更好的控制策略.     

有限长圆柱壳结构水下声辐射有源控制实验

以水下有限长圆柱壳为对象,实验研究水下结构声辐射有源控制。实验中通过引入次级力源,以单个或两个误差点处的声压最小为目标函数,分析次级激振器和误差传感器布放（位置和数目）以及激励频率对控制效果的影响。结果表明：有源控制能够有效控制水下圆柱壳线谱噪声;增加次级激振器和误差传感器的数目,能够增大降噪区域;有源控制在3 000 Hz高频处对壳体噪声控制依然有效。有源控制能够对多线谱信号激励壳体辐射噪声产生抑制作用。     

水中板声辐射的声功率模态分析

由于水中结构的振动声辐射要考虑流体加载效应,因此水中结构声辐射的模态分析也与空气中的有所不同。基于辐射声功率的二次型表达式,采用有限元和Rayleigh积分耦合方法,对板结构的水下声功率模态进行了计算分析研究,通过辐射效率、模态振型和辐射声功率等探讨了其特点。结果表明以激励力为变量、考虑了结构阻抗的水下声功率模态具有各阶模态声辐射独立、低频时前几阶模态(特别是第1阶模态)的声辐射占主导地位、模态辐射效率峰值和模态振型物理意义清楚等特点,在水下结构振动声辐射的分析和控制方面有一定实用价值。     

声辐射模态理论及应用研究综述

文章对声辐射模态技术研究相关进展进行了综述。介绍了声辐射模态理论从创立以来的研究成果及其在结构声有源控制、噪声源识别和声场重建等方面应用研究情况。对当前制约声辐射模态技术应用的关键问题进行了简单分析，并对其进一步发展提出了展望。     

基于声辐射模态的有源解耦控制的溢出问题及控制模型

基于声辐射模态的有源解耦控制理论,从声辐射模态的四种对称形式的角度出发,讨论各组压电作动器对声辐射模态（1～8阶）伴随系数的激励特性,分析有源解耦控制的溢出问题。本文结合四组压电作动器的控制特性,将前八阶声辐射模态辐射的声功率分成四组模态声功率,建立一种新的有源解耦控制模型,使得在中频范围内控制溢出得到有效的抑制。数值仿真结果表明,新的控制模型不仅保持了在低频范围内较好的控制效果,同时避免了在中频段的控制溢出现象,实现有源解耦控制在0～1000Hz频率范围内的预期效果。     

振动板辐射噪声的结构主动控制

以平板为例，在时域里建立结构一声辐射模型，采用时域瑞利积分构造辐射算子，给出时域声辐射模态的计算公式；研究表明这些辐射模态能独立的辐射声功率，因此可实现对某一阶辐射模态进行单独控制而不影响其它各阶；并且时域辐射模态的一个重要特点是振动结构辐射的声功率主要由第一阶辐射模态的声功率所决定，在此基础上运用状态空间法进行平板结构辐射噪声的结构主动控制研究，并通过数值计算对控制效果进行了验证。     

基于时域声辐射模态的结构噪声主动控制研究

以简支矩形板为例，提出了利用时域声辐射模态进行声辐射研究，并从物理和数学意义上对时域声辐射模态进行了解释。研究表明时域声辐射模态既与时间无关，也互相独立，使得计算和控制声功率得以简化。针对瞬时声功率主要由第一阶辐射模态的声功率所决定的特点，在时域里进行结构噪声的主动控制研究，通过抵消第一阶辐射模态的声功率使得总的声功率得以有效降低。在此基础上，建立基于最小二乘算法的自适应反馈控制系统，进行仿真计算，结果证明了主动控制策略是有效的。     

基于有限点振速分布设计误差传感策略

误差传感策略是实现主动结构声学控制的关键的一环。在中低频率时，控制振动结构前几阶声辐射模态可以有效控制总声功率，基于声辐射模态进行板结构主动声学控制的关键是如何获得前几阶声辐射模态伴随系数。在振动平板上测量少数点振动速度分布，利用声辐射模态性质，通过求解欠定方程，得到所需要的前N阶声辐射模态伴随系数。利用得到的前N阶声辐射模态伴随系数作为控制器的输入，形成基于声辐射模态的主动控制策略和相应的误差传感策略。以固定支撑板为例，从主动控制效果分析得到的结果与理论值一致，说明利用上述误差传感策略得到前几阶声辐射模态伴随系数是可行的。     

结构噪声主动控制在时域声辐射模态下的仿真研究

以简支矩形板为例，提出了利用时域声辐射模态进行声辐射研究。研究表明时域声辐射模态既与时间无关，且互相独立，使得计算和控制声功率得以简化。针对瞬时声功率主要由第一阶辐射模态的声功率所决定的特点，在时域里进行结构噪声的主动控制研究，通过抵消第一阶辐射模态的声功率使得总的声功率得以有效降低。在此基础上，建立了时域声辐射模态的状态空间方程，对该方程的性能进行了分析，并利用最优控制算法的自适应反馈控制系统进行仿真计算。最后讨论了不同情况下的计算精度，并对影响仿真结果的因素进行了分析。     

《简支板辐射噪声的结构优化控制与仿真》

以简支矩形板为例,利用时域声辐射模态进行噪声的结构优化控制。已有研究表明时域辐射模态能独立地辐射声功率,并且振动结构辐射的声功率主要由第一阶辐射模态的声功率决定。在此基础上进行简支板辐射噪声的结构优化控制,并对最优控制力源的位置进行了讨论和分析。最后设计自适应前馈控制系统对控制效果进行仿真验证。     

简支矩形板声辐射的有源控制

文章以简支平板为例 ,通过声辐射模态研究结构声辐射的有源控制。首先分析了声辐射模态的数学和物理意义。由于在中、低频时 ,声辐射模态对应的辐射效率随着模态阶数的增加而迅速降低。在此基础上 ,文中提出了一种新的控制策略 ,即抵消前k阶声辐射模态的伴随系数 ,使得前k阶声辐射模态的声功率为零。文中以压电陶瓷作动器作为控制力源进行了数值计算研究。并与传统的控制策略———声功率最小化策略进行了比较。     

基于声辐射模态的Η∞解耦控制器设计

根据声辐射模态的特点提出四组控制力布置方法。在此基础上采用Η∞算法设计了四个独立的控制器,控制前四阶声辐射模态的伴随系数使辐射声功率最小化。该方法能够将复杂的四输入/四输出控制系统转化为四个独立的单输入/单输出系统,从而使得每组控制力可以单独控制对应阶声辐射模态的伴随系数。模拟仿真结果表明,该方法能够实现系统解耦控制,使辐射声功率明显降低。     

实验测量声辐射模态

通过实验方法测量得到振动结构的声辐射模态及其辐射效率。首先通过辐射算子分析任意结构的声辐射模态,然后根据互换原理,在远场布置声源,通过测量结构表面声压,得到辐射算子。最后以一平面玻璃板为例进行实验研究,通过互换方法测量了前5阶声辐射模态和对应的辐射效率。实验结果表明通过互换方法测量声辐射模态是可行的。