飛行器智能結(jié)構(gòu)的主動(dòng)隔聲控制研究.pdf

1、智能結(jié)構(gòu)的主動(dòng)隔聲控制是一個(gè)多學(xué)科交叉研究方向，吸引了國(guó)內(nèi)外眾多的科研人員的廣泛關(guān)注。理論和實(shí)驗(yàn)證明，將壓電元件粘貼在薄壁結(jié)構(gòu)表面上，可以形成智能結(jié)構(gòu)，具有質(zhì)量輕、造價(jià)低、響應(yīng)速度快、不受電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)。
　　上述優(yōu)良特性使其非常適合應(yīng)用在航空工程中。本文研究背景基于大型飛機(jī)客艙的噪聲隔離與控制，對(duì)智能結(jié)構(gòu)的主動(dòng)隔聲開(kāi)展研究。在研究過(guò)程中結(jié)合了多種研究工具和控制方法，其主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　(1)詳細(xì)分析了飛行器客

2、艙的噪聲來(lái)源和傳播路徑，指出問(wèn)題的復(fù)雜性。分析了壓電智能結(jié)構(gòu)用于振動(dòng)噪聲控制的途徑和手段，得到對(duì)于低頻段的隔聲控制，主動(dòng)控制是在不改變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況下最為有效的方法的結(jié)論。通過(guò)文獻(xiàn)綜述回顧前人已經(jīng)開(kāi)展的相關(guān)研究工作，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。
　　(2)從結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的頻帶劃分角度出發(fā)，指出對(duì)于有限的傳感器和驅(qū)動(dòng)器，主動(dòng)控制特別適用于小阻尼比的低階模態(tài)控制。對(duì)于結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，可以通過(guò)直接法和模態(tài)法對(duì)其進(jìn)行分析；對(duì)于結(jié)構(gòu)的外場(chǎng)聲輻射分析，則可以

3、根據(jù)Helmholtz方程和Atkinson-Wilcox定理，可將一個(gè)無(wú)限域問(wèn)題轉(zhuǎn)換到有限域內(nèi)得到求解。
　　(3)對(duì)一塊飛機(jī)加筋壁板，采用實(shí)驗(yàn)手段詳細(xì)分析了其結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性和隔聲性能。在干擾激勵(lì)可測(cè)的情況下，可以采用前饋?zhàn)赃m應(yīng)FXLMS算法來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制。這里分析了次級(jí)通路阻尼特性對(duì)自適應(yīng)算法的影響，并提出一種復(fù)合的前饋/反饋混合控制策略。在高權(quán)限前饋?zhàn)赃m應(yīng)FXLMS算法的基礎(chǔ)上，采用低權(quán)限正位置反饋控制算法來(lái)加快自適應(yīng)算法的

4、收斂并減小殘差，從而進(jìn)一步提高了加筋板的隔聲控制效果，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)予以驗(yàn)證。
　　(4)研究了1 kHz寬帶白噪聲激勵(lì)下的反饋控制。分析了模態(tài)的聲輻射效率，對(duì)壓電驅(qū)動(dòng)-壓電傳感以及壓電驅(qū)動(dòng)-加速度傳感器傳感進(jìn)行了比較，指出當(dāng)傳感器和驅(qū)動(dòng)器為同位配置時(shí)，使用加速度傳感器傳感能夠比直接用壓電片傳感取得更好的控制效果。設(shè)計(jì)了基于加速度負(fù)反饋控制率，用來(lái)控制第一階模態(tài)。
　　(5)將設(shè)計(jì)出的加速度負(fù)反饋控制方法與直接速度負(fù)反饋相結(jié)合，

5、對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了開(kāi)環(huán)頻響分析，結(jié)果表明雖然傳感器和驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)近似為同位配置，但是由于控制回路中的濾波器、數(shù)字控制器的延遲以及儀器設(shè)備動(dòng)態(tài)特性的影響，實(shí)際實(shí)驗(yàn)中控制增益有限。利用希爾伯特-黃方法快速獲得第一階固有頻率信息，并將三路解耦控制回路在FPGA可編程控制器中予以并行實(shí)現(xiàn)。主動(dòng)控制結(jié)果表明，這種控制策略可以實(shí)現(xiàn)寬頻噪聲的有效控制。
　　(6)將動(dòng)力吸振器模型進(jìn)行機(jī)電類(lèi)比，采用阻抗導(dǎo)納法將吸振器模型轉(zhuǎn)換為電路模型。將機(jī)械阻抗模型

6、與反饋控制模型相對(duì)比，指出其相似性，設(shè)計(jì)出基于動(dòng)力吸振模型的主動(dòng)控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的寬頻振動(dòng)和噪聲抑制。同時(shí)，與基于回路整形的H∞魯棒控制算法進(jìn)行了控制性能對(duì)比，進(jìn)一步說(shuō)明了所提出的控制方法的優(yōu)越性。
　　(7)對(duì)湍流邊界層脈動(dòng)壓力激勵(lì)這種難以在地面實(shí)驗(yàn)中予以實(shí)現(xiàn)的工況，采用自譜和空間相關(guān)函數(shù)的分析方法，用有限元仿真技術(shù)予以實(shí)現(xiàn)。選取了合適的譜模型來(lái)產(chǎn)生激勵(lì)，結(jié)合有限元和無(wú)限元技術(shù)，模擬并分析了壁板結(jié)構(gòu)在這類(lèi)寬頻下的振動(dòng)噪聲特性