基于降阶模型和声压反馈的结构振动声辐射主动控制方法研究

发布时间：2017-12-18 07:28

  本文关键词：基于降阶模型和声压反馈的结构振动声辐射主动控制方法研究

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【摘要】：长期以来,船舶振动噪声控制都是行业内研究的热点难点问题之一,振动和噪声给船舶的舒适性、安全性等带来了严重的影响。对船舶振动噪声进行控制的手段大都停留在被动控制方面,尤其是对水下结构的控制,仍然主要依靠被动隔振、敷设吸声材料和减振阻尼材料等技术手段。本文通过主动控制方法,针对水下结构振动声辐射问题,建立了两种不同的降阶模型,通过计算机数值仿真和模型实验进行了研究,并基于声压反馈对结构振动声辐射进行了主动控制。本文主要内容如下:首先,基于结构在可压缩流体加载下无阻尼实模态矩阵,建立了水下平板结构的集中质量体系降阶模型,通过选取集中质量点,明确主动控制中观测点和控制点的位置和数量。数值验证结果表明,在低频范围内,降阶模型具有与原始模型相近似的振动声辐射特性,降阶模型可以在水下振动声辐射分析中代替原始模型。降阶模型使水下结构振动声辐射主动控制系统的设计更加简化。通过线性二次型最优控制法和主动变刚度控制法对水下平板结构进行了主动控制仿真及实验研究。数值仿真结果表明,通过最优控制方法,在低频范围内,整体上可以降低水下结构的振动声辐射,而不会改变结构的固有频率,通过主动变刚度控制方法,可以改变结构固有频率,对结构振动声辐射峰值点幅值几乎没有影响。实验研究结果表明,基于集中质量体系降阶模型的结构振动声辐射主动控制方法,可以用于水下结构低频振动声辐射控制,方便控制系统设计,且控制效果较好,计算量较低。其次,进一步基于结构声耦合系统的响应建立了另一种水下结构降阶模型,进行模态参数估算,分别通过位移输出反馈和速度输出反馈,对水下结构的振动声辐射进行极点配置仿真研究。该方法的主要特点是不需要形成或知道结构的质量阵、阻尼阵、刚度阵和流体声阻抗矩阵。仿真结果表明基于该降阶模型进行极点配置可以对水下结构振动和声辐射进行主动控制。此外,本文还探讨了附加质量对水下平板结构固有频率、阻尼比及辐射声功率等参数所产生的影响。最后,提出了基于声压反馈的结构振动声辐射主动控制的极点配置方法,该方法将所测得的声压信号作为反馈来进行极点配置,并给出了基于声压反馈控制系统的能观性和能控性指标。较之以往方法的优势在于,控制系统中所使用的传声器不作为误差传感器,而是将测得的辐射声压作为反馈对结构实施主动控制。以空气中平板结构为例,进行了数值仿真研究,结果表明,通过基于声压反馈的极点配置法进行主动控制,可以对结构实施振动声辐射主动控制,可以改变结构某一阶次或某几阶次的固有频率和阻尼比。从而实现基于声压反馈进行结构振动声辐射主动控制的目的。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U661.44

【参考文献】

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本文编号：1303353