飛行器智能結構的主動隔聲控制研究.pdf

1、智能結構的主動隔聲控制是一個多學科交叉研究方向，吸引了國內(nèi)外眾多的科研人員的廣泛關注。理論和實驗證明，將壓電元件粘貼在薄壁結構表面上，可以形成智能結構，具有質(zhì)量輕、造價低、響應速度快、不受電磁干擾的優(yōu)點。
　　上述優(yōu)良特性使其非常適合應用在航空工程中。本文研究背景基于大型飛機客艙的噪聲隔離與控制，對智能結構的主動隔聲開展研究。在研究過程中結合了多種研究工具和控制方法，其主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下：
　　(1)詳細分析了飛行器客

2、艙的噪聲來源和傳播路徑，指出問題的復雜性。分析了壓電智能結構用于振動噪聲控制的途徑和手段，得到對于低頻段的隔聲控制，主動控制是在不改變結構設計情況下最為有效的方法的結論。通過文獻綜述回顧前人已經(jīng)開展的相關研究工作，為后續(xù)研究奠定基礎。
　　(2)從結構動力學的頻帶劃分角度出發(fā)，指出對于有限的傳感器和驅(qū)動器，主動控制特別適用于小阻尼比的低階模態(tài)控制。對于結構的振動，可以通過直接法和模態(tài)法對其進行分析；對于結構的外場聲輻射分析，則可以

3、根據(jù)Helmholtz方程和Atkinson-Wilcox定理，可將一個無限域問題轉換到有限域內(nèi)得到求解。
　　(3)對一塊飛機加筋壁板，采用實驗手段詳細分析了其結構動力學特性和隔聲性能。在干擾激勵可測的情況下，可以采用前饋自適應FXLMS算法來對其進行控制。這里分析了次級通路阻尼特性對自適應算法的影響，并提出一種復合的前饋/反饋混合控制策略。在高權限前饋自適應FXLMS算法的基礎上，采用低權限正位置反饋控制算法來加快自適應算法的

4、收斂并減小殘差，從而進一步提高了加筋板的隔聲控制效果，并通過實驗予以驗證。
　　(4)研究了1 kHz寬帶白噪聲激勵下的反饋控制。分析了模態(tài)的聲輻射效率，對壓電驅(qū)動-壓電傳感以及壓電驅(qū)動-加速度傳感器傳感進行了比較，指出當傳感器和驅(qū)動器為同位配置時，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。設計了基于加速度負反饋控制率，用來控制第一階模態(tài)。
　　(5)將設計出的加速度負反饋控制方法與直接速度負反饋相結合，

5、對實驗系統(tǒng)進行了開環(huán)頻響分析，結果表明雖然傳感器和驅(qū)動器已經(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備動態(tài)特性的影響，實際實驗中控制增益有限。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現(xiàn)。主動控制結果表明，這種控制策略可以實現(xiàn)寬頻噪聲的有效控制。
　　(6)將動力吸振器模型進行機電類比，采用阻抗導納法將吸振器模型轉換為電路模型。將機械阻抗模型

6、與反饋控制模型相對比，指出其相似性，設計出基于動力吸振模型的主動控制方法，實現(xiàn)對結構的寬頻振動和噪聲抑制。同時，與基于回路整形的H∞魯棒控制算法進行了控制性能對比，進一步說明了所提出的控制方法的優(yōu)越性。
　　(7)對湍流邊界層脈動壓力激勵這種難以在地面實驗中予以實現(xiàn)的工況，采用自譜和空間相關函數(shù)的分析方法，用有限元仿真技術予以實現(xiàn)。選取了合適的譜模型來產(chǎn)生激勵，結合有限元和無限元技術，模擬并分析了壁板結構在這類寬頻下的振動噪聲特性