本文關(guān)鍵詞：基于降階模型和聲壓反饋的結(jié)構(gòu)振動聲輻射主動控制方法研究

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【摘要】：長期以來,船舶振動噪聲控制都是行業(yè)內(nèi)研究的熱點難點問題之一,振動和噪聲給船舶的舒適性、安全性等帶來了嚴重的影響。對船舶振動噪聲進行控制的手段大都停留在被動控制方面,尤其是對水下結(jié)構(gòu)的控制,仍然主要依靠被動隔振、敷設(shè)吸聲材料和減振阻尼材料等技術(shù)手段。本文通過主動控制方法,針對水下結(jié)構(gòu)振動聲輻射問題,建立了兩種不同的降階模型,通過計算機數(shù)值仿真和模型實驗進行了研究,并基于聲壓反饋對結(jié)構(gòu)振動聲輻射進行了主動控制。本文主要內(nèi)容如下:首先,基于結(jié)構(gòu)在可壓縮流體加載下無阻尼實模態(tài)矩陣,建立了水下平板結(jié)構(gòu)的集中質(zhì)量體系降階模型,通過選取集中質(zhì)量點,明確主動控制中觀測點和控制點的位置和數(shù)量。數(shù)值驗證結(jié)果表明,在低頻范圍內(nèi),降階模型具有與原始模型相近似的振動聲輻射特性,降階模型可以在水下振動聲輻射分析中代替原始模型。降階模型使水下結(jié)構(gòu)振動聲輻射主動控制系統(tǒng)的設(shè)計更加簡化。通過線性二次型最優(yōu)控制法和主動變剛度控制法對水下平板結(jié)構(gòu)進行了主動控制仿真及實驗研究。數(shù)值仿真結(jié)果表明,通過最優(yōu)控制方法,在低頻范圍內(nèi),整體上可以降低水下結(jié)構(gòu)的振動聲輻射,而不會改變結(jié)構(gòu)的固有頻率,通過主動變剛度控制方法,可以改變結(jié)構(gòu)固有頻率,對結(jié)構(gòu)振動聲輻射峰值點幅值幾乎沒有影響。實驗研究結(jié)果表明,基于集中質(zhì)量體系降階模型的結(jié)構(gòu)振動聲輻射主動控制方法,可以用于水下結(jié)構(gòu)低頻振動聲輻射控制,方便控制系統(tǒng)設(shè)計,且控制效果較好,計算量較低。其次,進一步基于結(jié)構(gòu)聲耦合系統(tǒng)的響應(yīng)建立了另一種水下結(jié)構(gòu)降階模型,進行模態(tài)參數(shù)估算,分別通過位移輸出反饋和速度輸出反饋,對水下結(jié)構(gòu)的振動聲輻射進行極點配置仿真研究。該方法的主要特點是不需要形成或知道結(jié)構(gòu)的質(zhì)量陣、阻尼陣、剛度陣和流體聲阻抗矩陣。仿真結(jié)果表明基于該降階模型進行極點配置可以對水下結(jié)構(gòu)振動和聲輻射進行主動控制。此外,本文還探討了附加質(zhì)量對水下平板結(jié)構(gòu)固有頻率、阻尼比及輻射聲功率等參數(shù)所產(chǎn)生的影響。最后,提出了基于聲壓反饋的結(jié)構(gòu)振動聲輻射主動控制的極點配置方法,該方法將所測得的聲壓信號作為反饋來進行極點配置,并給出了基于聲壓反饋控制系統(tǒng)的能觀性和能控性指標。較之以往方法的優(yōu)勢在于,控制系統(tǒng)中所使用的傳聲器不作為誤差傳感器,而是將測得的輻射聲壓作為反饋對結(jié)構(gòu)實施主動控制。以空氣中平板結(jié)構(gòu)為例,進行了數(shù)值仿真研究,結(jié)果表明,通過基于聲壓反饋的極點配置法進行主動控制,可以對結(jié)構(gòu)實施振動聲輻射主動控制,可以改變結(jié)構(gòu)某一階次或某幾階次的固有頻率和阻尼比。從而實現(xiàn)基于聲壓反饋進行結(jié)構(gòu)振動聲輻射主動控制的目的。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U661.44

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本文編號：1303353