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声辐射模态是分析结构振动声辐射问题的一种有效方法,被广泛运用于噪声有源控制领域。基于声辐射模态理论,在简支板上对称布置四组压电作动器,通过四组作动器分别独立控制对应阶的声辐射模态,并且互不干扰,使得复杂的多输入/多输出的有源控制系统转变成互相独立的单输入/单输出的有源解耦控制系统,极大地丰富了声辐射模态在有源结构声学控制ASAC系统中的应用。有源解耦控制在低频内取得显著的降噪效果,而且控制系统可靠、稳定;但是随着频率的升高,控制效果逐渐变差,甚至在中频段出现明显的控制溢出。本文基于声辐射模态的有源解耦控制理论,从声辐射模态的辐射效率和对称性的角度,分析有源解耦控制的溢出机理;并且结合对称布置的压电作动器的激励特性,提出更为成熟的有源解耦控制策略和误差传感策略,有效地抑制在中频段的控制溢出。
基于有源解耦控制的溢出机理,按照声辐射模态的四种对称形式,将前八阶声辐射模态辐射的声功率分成四组模态声功率,通过四组对称布置的压电作动器分别独立控制四组模态声功率,提出一种新的有源解耦控制模型。仿真结果表明新的有源解耦控制模型不仅保持了在低频段良好的降噪效果,而且使得在中频段的控制溢出得到有效的抑制,实现新的有源解耦控制模型的预期控制效果。
针对新的有源解耦控制模型的四组模态声功率,根据声辐射模态的四种对称性,构造一组特征向量对振动结构的振速分布线性分解得到四组对称特征速度,分别对应于声辐射模态的四种对称形式。通过在振动表面布置速度传感器阵列获得振动结构的四组对称特征速度,作为误差信号输入到控制器,形成基于对称特征速度的的误差传感策略及其主动控制策略。数值仿真分析得到:基于对称特征速度的主动控制策略在低频段的控制效果相比有源解耦控制策略有所下降,但是也使得振动结构总的声功率得到一定程度的降低,取得较好的降噪效果;而且避免了有源解耦控制在中频段的控制溢出。因此从主动控制效果上验证了基于对称特征速度的误差传感策略及其主动控制策略的可行性。