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。     

一种基于NARX神经网络的振动主动控制方法

针对主被动混合隔振系统中次级通道的非线性因素和时变特性,设计一种基于有源非线性自回归神经网络(Nonlinear Auto-regressive With Exogenous Inputs Neural Network,NARX-NN)的次级通道系统辨识的方法,并成功应用于振动主动控制系统中。首先,使用NARX神经网络对次级通道进行辨识得到准确的次级通道模型;其次,采用FIR滤波器重构初级通道的输出,从而获得作动器的输出信号,基于重构得到数据对辨识的网络进行在线学习,可以避免由白噪声激励在系统中带来的随机振动对控制效果的影响;最后搭建仿真模型以及实验平台,仿真结果表明,该控制算法可以克服次级通道的时变性导致的次级通道失真问题;实验结果表明,该算法对15、20 Hz的线谱分别取得30.1、40.4 dB的能量衰减效果,能够有效地实现振动主动控制。     

泵喷分布式脉动压力激励下泵喷艇体耦合系统振动声辐射

针对suboff艇后泵喷推进器分布式脉动压力激励下的泵喷-轴系-艇体耦合系统振动声辐射响应计算和特性分析开展研究。建立计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)模型利用剪切应力输运(shear stress transfer, SST)k-ω模型进行suboff艇后泵喷推进器表面脉动压力的计算,利用耦合有限元法(finite element method, FEM)建立泵喷-轴系-艇体耦合系统动力学模型,结合自编径向基函数插值程序获得表面脉动压力在泵喷结构湿表面的空间分布,利用边界元法(boundary element method, BEM)计算泵喷-轴系-艇体耦合系统的声辐射特性。对泵喷-轴系-艇体的耦合模态特性、传递力、辐射声功率和指向性等开展分析。结果表明:声辐射以转子表面脉动压力的贡献为主;二阶轴频以上,纵向脉动压力的贡献占优;泵喷激励下,振动声辐射主要特征频率包括激励力特征线谱、艇体的纵振模态、转子同相振动模态(呼吸模态)、转子-轴系一阶纵振模态等;导管和定子脉动压力激励下振动声辐射响应峰值出现在叶频(blade passing frequency, BPF)和2倍叶频处,量级和转子表面脉动压力激励处于同一量级,但其和转子表面脉动压力共同作用时,由于相位相互抵消,响应幅值并没有显著增大。研究结果可为泵喷-轴系-艇体耦合系统振动声辐射的控制提供指导。     

一类多频线谱激励下的主动隔振控制方法

研究了多频离散线谱激励下的主动隔振控制问题,提出了一种多通道解耦的自适应前馈控制方法;采用窄带带通滤波器对多频振动信号进行解耦,通过多个并行的自收敛变步长归一化的LMS自适应滤波器构成前馈控制器,驱动一个单自由度的作动器对多频线谱振动进行隔离;该方法无需次级通道模型信息,具有结构简单、鲁棒性强的优点。在某型磁悬浮隔振器的隔振系统上进行了多频主动隔振实验,实验结果验证了该方法的有效性。     

多级离心泵叶轮时序对振动性能影响的数值研究

为研究节段式多级离心泵叶轮时序位置对流致振动的影响,结合CFD\FEM方法对考虑叶轮交错角度的泵体在水力激励作用下结构的动力响应进行了计算分析。结果表明,首级内压力脉动的频率、幅值和相位不受叶轮时序位置的影响;次级内压力脉动的频率同样没有发生明显变化,幅值随着时序角度的增大有微小增幅,而相位随着时序角度的改变发生明显变化。当时序角度刚好为叶轮叶片角度的一半时,次级转子内压力脉动相位刚好与首级错开90°,压力脉动方向与首级相反,导致轴向的激励减小,轴向振动存在相反的量,使得泵整体振动水平明显下降。     

空间有源消声控制器的优化设计

本文根据声源辐射理论和线性声场迭加原理,提出了一种三维空间有源消声的数值优化方法。通过最小化适当曲面上由初级声源和次级声源产生的合成声压的平方和,可以求得自由声场中给定区域或全空间声功率最小意义下次级声源的优化幅值和优化相位。这种方法可适用于单极子源和多极子源的情况。如考虑实际次级声源的特性,特别是其相位延迟特性,用本方法所求得的优化频响特性往往比有源消声中常用的“幅频平直、相位相反”的频响特性能更好地用实际模拟电路逼近,因此优化结果具有实用意义。实验表明,由本方法设计出的系统具有较好的消声效果。     

基于通用切比雪夫滤波器的有源噪声控制研究

针对前馈管道非线性有源噪声控制系统,提出一种基于通用切比雪夫滤波器的次级通道建模方法和通用切比雪夫滤波x最小均方误差算法(GCFXLMS,general Chebyshev filtered-x least mean square)。通用切比雪夫滤波器由第一类切比雪夫滤波器扩展获得,交叉项部分可通过对角结构实现,根据对角结构的性质,可以采用减少通道信号的实现策略以降低结构复杂度;使用该滤波结构建模次级通道,并给出了稀疏虚拟次级通道模型,基于此模型推导了GCFXLMS算法。该方法性能比较包括计算复杂度对比和控制效果对比。实验结果表明,在非线性有源噪声控制系统中,通用切比雪夫滤波器可达到与Volterra次级通道建模类似的建模效果,相比于传统的前馈滤波器,通用切比雪夫滤波器具有更优的控制性能。     

板振动的无需次级通道建模的分散式前馈控制方法研究

本文针对板的振动,提出了一种无需次级通道建模的分散式前馈控制方法。该前馈控制方法不需要结构的物理信息,并且能够控制板在非共振频率处的线谱振动。采用压电片和加速度计分别作为执行和传感元件,建立了简支板振动主动控制的理论模型和实验系统。提出了分散式前馈控制策略,并分析了无需次级通道建模的分散式前馈控制算法的稳定性。提出了一种内模滤波器将加速度信号转变为速度信号,并补偿抗混叠滤波器和平滑滤波器的频率响应,使执行器和传感器保持同位配置。通过仿真和实验验证了该算法的有效性。     

有源通风隔声窗降噪效果影响因素的实验研究

通过实验研究影响通风有源隔声窗降噪效果的各种因素。隔声窗为错列双层玻璃结构,内外层玻璃上交错开口以便隔声窗内外侧自然通风;玻璃间的风道内铺设吸声棉和微穿孔板吸声结构来吸收额外噪声。实验分析错列隔声窗中,四通道有源控制系统在不同次级源布放位置、不同次级通路建模长度下的降噪性能,结果表明：要使隔声窗表面都有较好降噪效果,次级声源安装位置应使次级声场作用区域尽可能覆盖隔声窗内部空间,降低隔声窗内的噪声能量;或者指向隔声窗内侧玻璃表面,直接控制透过玻璃辐射的噪声。次级通路建模时,如无法精确得到最优值时,可适当取较长的建模长度,以避免其小于最优长度导致控制效果急剧下降。     

降采样稀疏FIR次级通道有源降噪研究

针对有源噪声控制中线性长时延次级通道系数多导致计算量大的问题,提出了基于降采样稀疏FIR次级通道模型的有源降噪方法。该方法采用降采样技术解决了一定硬件能力下长时延次级通道辨识时的系数不收敛问题;采用稀疏FIR次级通道系数表征完整次级通道系数,有效减少了单次迭代的算法计算量,同时给出了基于和表征函数的稀疏阈值选取方法。仿真和管道有源降噪系统实验验证了文中方法可有效减少计算量,提高收敛速度,该方法可解决一定硬件资源下长时延次级通道系统降噪问题,具有较好的实用性。     

一种用于自适应有源噪声控制的在线次级通道建模方法

针对前馈式自适应有源降噪系统次级通道在线建模问题,首先分析比较已有的在线次级通道建模方法,给出了各自的优缺点。在此基础上提出了一种基于Fx LMS算法的在线次级通道建模方法,该方法使次级通道建模步长随干扰信号和建模白噪声信号功率自适应更新,降低了初级噪声对建模的不利影响,并利用误差信号相关值和初级噪声能量来更新控制滤波器步长,有效降低了突发随机噪声对系统稳定性的影响。计算机仿真结果表明,该方法显著提高了次级通道模型的精度和系统收敛速度,取得更好的降噪效果。     

电磁力参数自寻优的转子多频振动主动抑制

提出一种转子多频振动的在线主动抑制方法,该方法利用电磁作动器向转子施加多个与转子振动频率相匹配的旋转电磁力,通过在线自寻优的方式确定电磁作动器的控制电流相位和幅值,使施加的多个频率成分的旋转电磁力能够削减转子的多频振动幅值,实现转子系统的多频振动在线抑制。首先建立了转子-轴承-电磁作动器系统动力学模型;提出一种转子系统多频振动的主动抑制方法,对该方法的有效性和可行性进行了理论推导;建立了电磁作动器控制电流相位和幅值的寻优模型,提出一种控制电流相位的整周寻优策略;随后搭建实验装置,进行了实验研究,理论推导和实验结果均表明该方法能够实现转子的多个频率成分振动的主动抑制。     

110kV变压器有源噪声控制系统电声器件布放的优化设计

阐述自由声场中基于多点声源阵的有源噪声控制策略.结合实验测量的某型号110kV变压器噪声数据,运用多声源阵有源控制策略对其低频噪声进行有源控制.通过对仿真结果分析,总结出控制系统中次级源与误差传感器个数、它们的空间排布对控制效果的影响规律.理论上次级源与误差传感器的个数越多,控制效果越好.但过多的次级源与误差传感器必然...     

基座刚度对主被动隔振系统控制效果的影响分析

为了研究基于弹性基座的主被动隔振系统的隔振性能,将弹性基座简化为一个大刚度弹簧连接的质量单元,建立主被动隔振系统的三自由度模型和运动方程,推导主通道传递函数和次级通道传递函数的频域表达式。结合Fx LMS自适应控制算法,在Matlab/Simulink中建立该隔振系统模型,对上层机械设备施加含白噪声的多频正弦激励力,进行主动隔振研究。分析基座刚度对主通道、次级通道传递函数的幅频特性,振动线谱控制效果以及主动控制力的影响。结果发现较大的基座刚度有利于提高振动线谱控制效果,也有利于降低主动控制力需求。     

两参考输入复滤波NLMS主动噪声控制系统性能分析

研究了将主动噪声控制系统应用于舰船的自噪声控制,用来抵消舰船的低频线谱噪声群时,参考输入为两个单频复正弦信号条件下,次级通道对Filtered-XNLMS算法的收敛性能影响.对该问题做了严格的数学分析和仿真试验,最终结果表明：对于本地线谱噪声有源抵消而言,由于次级通道的影响,参考输入的两正弦信号的归一化频率间隔Δf/fs以及反映次级通道幅频特性对不同频率信号的幅度加权程度比例因子α都对系统性能有影响,也就是说,当比值因子α较大时（α＞1）,系统的收敛性能只是与步长μ有关,与差频Δf的大小无关;当α较小时（α≤1）,系统的收敛系统决定于步长μ和主输入的两个正弦波的差频Δf;特别对于α＝1情况,系统很快就可以收敛,具有非常好的跟踪性能.     

一种新的幅频建模方法

许多频率域动态校准装置只能给出被校系统的幅频特性,缺乏相频特性。为了解决这类动态校准实验数据处理中建立参数模型的需要,本文提出一种新的幅频建模方法,它只根据幅频特性便可求出差分方程与最小相位离散和连续传递函数三种参数模型以及相频特性。从几个传感器的频率域动态校准实验幅频数据建模实例和仿真计算的结果都表明,这是一种有效的方法。参数模型计算的幅频特性与实验结果吻合较好。文中还给出了两个实例计算结果。     

次级通道在线辨识的齿轮啮合振动主动控制

针对齿轮传动系统中由于啮合误差产生的周期性振动和噪声,构建在从动齿轮轴上附加压电作动器的齿轮主动结构,提出一种次级通道在线辨识的反馈FxLMS算法进行主动控制。应用C-MEX S函数在Simulink中编写了FxLMS算法模块和次级通道进行在线建模的自适应LMS算法模块,仿真算例验证了自建模块的正确性和算法的有效性。将控制算法代码下载到dSPACE中作为控制器,与内置压电作动器的齿轮主动结构组成硬件在环系统进行实验验证。结果表明,在不同啮合频率下,经过主动控制后的齿轮传动系统振动有了不同程度的减弱,在啮合频率基频处有6.9dB的衰减。     

一种不需要次级通道建模的有源噪声控制算法

对有源噪声控制的研究,绝大部分都是建立在次级通道已知的基础上,或者通过在线或离线辨识来建模次级通道,通过分析滤波-XLMS（FXLMS）算法收敛的几何特性实现有源噪声的无模型控制。子带技术是将信号通过不同频带的滤波器,把信号分解到不同频带的子带中,对各子带信号分别进行相应的处理,并减少处理时间。将两者相结合,运用子带技术,采用过采样无延迟子带结构消除单频噪声、窄带噪声以及宽带噪声,降噪效果明显。相比传统的XLMS滤波算法,该算法降低了运算量,且实现结构简单。     

基于双向流固耦合方法的火箭发动机输流管路振动研究

火箭发动机的液氧煤油输送管路经常发生异常振动,严重威胁火箭发动机安全,处理不当将使火箭发射失败,造成巨大经济损失,因此必须对输送管路振动进行研究。本文建立了包含波纹管、多段弯管及其他附属结构的高压输送管路三维模型,采用双向流固耦合方法,在外源压力脉动激励作用下,对管路进行了振动研究,并通过热试车试验验证了计算结果的有效性。分析结果表明,同一频率下,振动加速度的幅值分布与流场压力幅值分布有明显的相关性,表明流体压力脉动是引起管道异常振动的根本原因,且随着平均压力的升高,管道的振动加剧。可视化结果表明,管道振动剧烈位置主要集中在中间管道和波纹管处。波纹管、弯管和支撑处的应力应变值较大,是容易发生结构失效的危险位置,应重点关注。     

侧壁式压水室离心泵小流量非稳态旋转失速特性

用数值计算方法研究具有特殊结构的侧壁式压水室离心泵,分析小流量工况时模型泵的非稳态旋转失速特性,用快速傅里叶变换(FFT)获得压力脉动信号的频谱特征。结果表明,小流量工况时模型泵的扬程曲线呈驼峰状,压水室不同位置处压力分布不均;受叶轮旋转产生的非稳态作用影响,叶轮不同叶片流道内流动结构差异较大。不同流量下,叶轮内部分离涡结构诱发的激励频率各异,0.4ФN工况时模型泵压力脉动频谱图出现0.5fR及高次谐波频率,压力脉动最大幅值出现于4fR频率处;0.2ФN流量时非定常流动结构会诱发0.18fR及高次谐波频率;0.05ФN流量时压力脉动频谱图同时出现0.1fR、0.28fR两种激励频率。旋转失速现象出现时,频谱图中叶频处压力脉动幅值不再起主导作用。