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。     

《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。     

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。     

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。     

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。     

复合材料层合板的声辐射模态幅值分析

低频时, 控制振动结构第一阶声辐射模态伴随系数可有效控制总声功率。通过分层有限元模型可以求解层合板的位移模式。对层合板的固有频率和动态响应进行了理论推导。结合声辐射模态理论, 研究了层合板铺设角度、 弹性模量比、 跨厚比以及阻尼比等结构参数对层合板结构第一阶声辐射模态伴随系数的影响。计算结果表明, 分层理论结合有限元方法可以较准确地计算层合板固有频率, 而且铺设角度和跨厚比对层合板结构声辐射模态影响较大。     

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。     

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.     

水下圆柱壳低频声辐射特性及有源控制

利用振动模态及声辐射模态分析水下有限长圆柱壳低频模态辐射特性。计算各阶周向振动模态对辐射声功率贡献;将各阶周向模态下轴向振动模态分为奇、偶模态组,分析低频范围内振动模态组与声辐射模态对应关系;以主导声辐射模态声功率为目标函数对水下有限长圆柱壳低频声辐射进行有源控制。结果表明,低频范围内水下简支圆柱壳受径向点力激励时,仅前几阶周向振动模态对辐射声功率有贡献;同一周向振动模态下轴向为奇(偶)振动模态组产生的声功率与具有相同周向阶数而轴向为偶(奇)声辐射模态产生的声功率对应。通过控制前几阶主导声辐射模态即可完成对水下有限长壳体低频辐射噪声抑制。     

通过PVDF传感器测量振动板结构的声辐射模态伴随系数

基于声辐射模态理论进行ASAC控制系统中的一个重要内容就是获得声辐射模态伴随系数。以简支板为例,设计了一种新的PVDF(POLYVINYLIDENE FLUORIDE聚偏氟乙烯)压电传感器,用来测量板的前3阶声辐射模态伴随系数。由仿真计算结果表明,在中低频率,测量第一阶声辐射模态伴随系数时,只需要在板布置两条PVDF传感器即可;测量第二、三阶声辐射模态伴随系数时,可在板上布置多条传感器能得到比较精确的结果。同时PVDF传感器测量的结果与理论相符,说明这种新型PVDF压电传感器的设计是可行的。     

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。     

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。     

随机振动功率谱的H_∞双自由度跟踪控制研究

在不考虑互谱的情况下,提出了一种双振动台随机振动控制试验的H∞双自由度控制新方法,能够快速平稳地使控制谱得到收敛,并满足参考谱的要求。研究了基于Η∞控制理论的双振动台解耦控制方法,应用Η∞双自由度控制方法进行双振动台随机振动控制。首先,对于原高阶模型系统进行模型降阶处理,针对降阶系统进行回路整形设计。其次,根据截去振动系统高阶模态的降阶P系统设计Η∞控制器,引入了模型的不确定性扰动。最后,用一悬臂梁模型进行数值仿真验证,仿真结果表明在20~2 000 H z频率范围内,利用Η∞双自由度控制方法设计的控制器,能使输出控制谱与设定参考谱的自谱密度误差控制在±1 dB以内,完全符合双振动台设计的控制要求。     

ASAC系统中少测点条件下的近场声压误差传感策略

根据有源控制策略设计简洁、有效的误差传感非常关键。针对基于声压声辐射模态的有源控制策略,具体设计与之对应的少测点条件下近场声压误差传感策略。首先,通过分析声压声辐射模态的空间滤波特性,证明基于声压声辐射模态的有源控制策略可行;然后,利用近场测量面上有限个测点的声压分布,通过求解模态展开所构成的欠定方程组的最小模最小二乘解,获取前K阶声压声辐射模态伴随系数的近似值,从而形成与基于声压声辐射模态的有源控制策略相对应的近场声压误差传感策略;最后,以置于无限大障板上的钢质简支薄板为例,进行数值仿真分析。结果表明设计的误差传感策略可行,所获得的前K阶声压声辐射模态伴随系数具有较高的精度。     

结构声辐射的源强声辐射模态分析方法

为了解决不易获取复杂结构振速声辐射模态和利用其计算复杂结构外辐射声场困难的问题,提出源强声辐射模态分析方法。该方法利用简单源积分公式将结构表面连续的源强分布等效为一组简单源源强分布,利用这组简单源源强分布构造了结构辐射声功率2次型表达式,其2次型系数定义一个辐射阻矩阵,辐射阻矩阵的特征向量就构成了源强声辐射模态,从而实现复杂结构总辐射声功率的解耦。只要获得声辐射模态的展开系数,声场中的声压、质点法向速度等声学量都可由源强声辐射模态叠加得到。球形声源和棱台体声源的分析表明：源强声辐射模态保留了传统的声辐射模态优点,更方便解决复杂结构声辐射问题。     

通过阵列传感器获取固定板声辐射模态伴随系数

以固定支撑板为例,提出一种阵列式压电式传感器的设计方法测量前三阶声辐射模态幅值.在振动板表面布置一组形状相同的矩形PVDF(Polyvinylidene fluoride聚偏氟乙烯)薄膜作为传感器,根据所需要的声辐射模态伴随系数,通过对PVDF传感器阵列输出信号设计的加权系数,使PVDF传感器阵列输出信号为相应的声辐射模态伴随系数.结果表明这种PVDF传感器阵列设计与外激励力性质(如激励力类型、频率以及位置)无关,而且适用任意边界条件板结构.     

复杂结构体的声辐射模态远场计算方法

声辐射模态在主动结构声控制领域取得了满意的噪声控制效果,但缺乏有效简便的远场测量或计算方法已成为其进一步发展的瓶颈。基于远场封闭包络与结构表面辐射声功率相等,借助声传递矩阵的概念,将声辐射模态的求解转换到流体域进行求解,获得了一种通用的任意结构远场声辐射模态求解方法。为了验证方法的可行性,利用不同的场点包络形状、不同距离的场点以及不同的场点数目对其性能进行分析,主要包括结构辐射声功率、声辐射模态幅值、声辐射模态效率。利用获得的声辐射模态计算脉动球的辐射声功率,并与其理论解进行比较,计算结果显示不同的场点状态对辐射声功率的影响较小,所获取的声辐射模态和辐射效率具有较高的可信度。同时,本方法可为远场测量声辐射模态提供理论参考。     

弹性基础上的双层隔振结构声辐射的主动控制

采用阻抗导纳法建立了以弹性矩形板为基础的双层主动隔振系统数学模型。以基础向外的声辐射为控制对象,探讨不同前馈控制策略的声辐射主动控制效果。分别选取两种面向振动及两种面向声辐射的控制性能函数,考察施加控制后弹性基础的辐射声功率,并综合考虑声压分布及控制力幅值等参数对控制效果进行全面地分析比较,进而评价各控制策略的优劣。结果表明,由于结构振动的耦合作用,面向振动的控制策略会恶化某些频段基础向外的辐射声功率,而直接面向声辐射的控制策略则可能会以放大振动响应或需要大的控制力为代价。最后,还对控制力作用位置对控制效果的影响进行了探讨。