噪声主动控制中作动器位置与反馈增益优化

论文摘要

噪声主动控制(ASAC)是控制结构中、低频噪声的主要方案。它通过对振动结构表面施加次级力源或次级声源,有效降低了结构的声辐射。目前主要有两种广泛应用的噪声主动控制方法:一种是基于振动模态控制,将作动器(次级力)布放在振动模态最大位移处,来抑制振动噪声;另一种是基于声辐射模态控制,将作动器放在声辐射模态最大法向速度处,使法向速度和声辐射阻抗阵正交,使辐射声功率减小。无论何种控制方案,作动器的布放位置和次级力幅值大小对控制效果都起着决定性作用。因此,要想获得好的控制效果,必须对作动器的布放位置和反馈增益(次级力幅值)进行合理的选取。尽管基于振动模态和声辐射模态的主动控制方法能够获得不错的控制效果,但还存在以下问题:(1)次级力作用位置凭经验预先确定,仅考虑次级力幅值的优化,而没有采用作动器布放位置与反馈增益同时优化;(2)没有考虑控制的代价问题,导致次级力的幅值过大,在实际中实现困难。本文针对以上问题进行深入的研究,采用变尺度优化方法对作动器布放位置和反馈增益同时进行优化,选取最佳布放位置和反馈增益。在目标函数中加入控制代价,使反馈增益更佳合理。最后在此基础上,将优化控制方案用于在随机激励下结构的主动控制中。通过用数值仿真表明,本文提出的优化控制方法不仅在结构单点激励作用下取得显著的控制效果,而且在结构多点随机激励作用下也取得满意结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 噪声主动控制的重要意义
• 1.2 噪声主动控制的研究和发展
• 1.2.1 基于结构模态的噪声主动控制
• 1.2.2 基于声辐射模态的噪声主动控制
• 1.2.3 智能结构噪声控制研究
• 1.3 论文主要研究内容
• 2 板结构的声辐射模态理论
• 2.1 声辐射模态基础理论
• 2.2 矩形板的声辐射模态
• 2.3 板的声辐射模态数值计算
• 3 优化方法的选择
• 3.1 变尺度法的基本原理
• 3.2 变尺度法迭代步骤
• 4 噪声主动控制策略
• 4.1 引言
• 4.2 模态坐标的转换
• 4.3 主动控制方程
• 4.4 目标函数的确定
• 4.5 目标函数导数求出
• 5 实例布放仿真
• 5.1 引言
• 5.2 计算模型
• 5.2.1 模型的参数
• 5.2.2 模型的固有频率计算
• 5.3 经验布放
• 5.3.1 经验布放方案
• 5.3.2 经验方案的次级力大小的确定
• 5.4 噪声优化控制模拟
• 5.4.1 一个作动器的优化控制
• 5.4.2 五个作动器的优化控制
• 5.5 次级力幅值对比
• 5.5.1 优化控制次级力幅值的确定
• 5.5.2 次级力幅值的对比
• 6 多点随机激励的优化控制
• 6.1 多点随机激励问题介绍
• 6.2 多点随机激励下的结构振动理论
• 6.3 多点随机激励下的结构振动优化控制模拟
• 6.4 多点随机激励下的结构主动控制次级力幅值
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢