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原文传递利用压电陶瓷进行车内噪声主动控制理论与技术的研究

论文题名：	利用压电陶瓷进行车内噪声主动控制理论与技术的研究
关键词：	压电陶瓷材料;车内噪声;控制理论;振动主动控制系统;噪声主动控制;神经网络控制;四边简支;声学贡献;模态;自调整模糊控制器;计算机;压电作动器;声辐射效率;控制方法;车身板件;阻抗分析法;实验;轿车;降噪;传感器
摘要：	本文利用压电陶瓷，对车内噪声主动控制理论与技术进行了深入研究。其控制机理为：利用振动控制源抑制振动，削弱结构的声辐射，进而实现降噪目的。研究结论不仅有助于现有轿车噪声主动控制问题的解决，而且为其它类似应用提供了参考。压电陶瓷材料由于其独特的电力学性能，在减振降噪领域成为被关注的热点。本文首先介绍了压电陶瓷材料的特性，引入了描述压电陶瓷材料电、力学特性及其耦合作用的性能参数，在此基础上采用阻抗分析法对表面贴有压电陶瓷、四边简支的矩形钢板进行建模，计算了不同尺寸规格压电陶瓷所能产生的作用弯矩，并做了实验验证。经过分析，总结出尺寸规格对压电作动效果的影响，为如何选择压电作动器尺寸提供了参考依据。为了进行振动主动控制系统的计算机仿真，本文通过系统辨识方法并采用多维的状态空间模型来模拟实际的外扰通道和控制通道，建立了以压电陶瓷为作动器针对四边简支矩形薄板的振动主动控制系统模型，为进行主动控制的计算机仿真奠定了基础。振动主动控制器设计方面，本文利用神经网络控制和模糊控制技术，分别设计了自适应神经网络控制器和在线自调整模糊控制器，并对这两种控制器进行了计算机仿真分析和针对四边简支矩形薄板的振动主动控制试验。仿真和实验结果都表明两者的振动主动控制系统均能有效地抑制振动，同时也表明系统辩识方法可以方便有效地用于振动主动控制系统的设计中。试验中为了更好的减振降噪，提出优化布置加速度传感器和压电陶瓷作动器的安装位置的办法，即引出了振动模态声辐射效率的概念，将它作为衡量振动声辐射的优势模态和劣势模态的指标，并通过对控制对象——四边简支的矩形薄板进行实验模态分析，初步掌握了其振动特性。通过对模态辐射效率的计算，确定了传感器和压电作动器的最佳布置位置。为了更好地实现车内降噪目的，本文提出将车内主声源识别技术 (车身板件振动声学贡献的计算机模拟研究) 和车内噪声主动控制技术相结合。在实施噪声主动控制之前进行不同车身板件区域的声学贡献分析。声学贡献较大的正贡献区域将被视为影响车内相关点的主要噪声源。通过分析发现轿车顶棚后部分为正贡献区域，并以此为依据提出通过控制它的振动来抑制车内噪声水平的方案。据此建立了轿车顶棚的有限元模型，进行了模态分析，计算了顶棚的模态声辐射效率后确定了待控模态和传感器和作动器的布置位置。最后利用本文设计的自适应神经网络控制方法和自调整模糊控制方法，对轿车车身板件进行了振动主动控制实验和车内噪声的主动控制实验。实验结果表明两种控制方法都能够取得较好的减振降噪效果。关键词：轿车车内噪声噪声主动控制振动主动控制结构振动声学贡献分析模糊控制神经网络控制压电陶瓷阻抗分析法
作者：	黄锁成
专业：	车辆工程
导师：	靳晓雄
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学汽车学院
学位年度：	2004
正文语种：	中文