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声辐射模态理论是分析结构振动辐射噪声问题的一种有效方法。振动结构总的辐射声功率等于各阶声辐射模态辐射声功率之和,中、低频时前几阶模态辐射的声功率占总声功率的绝大部分。因此在有源结构声学控制(Active StructureAcoustic Control,ASAC)系统中,中、低频时只要抑制前几阶声辐射模态的伴随系数便能取得较好的降噪效果。
在ASAC系统中,控制力的位置布置对控制效果有直接影响。本文根据前四阶声辐射模态的对称性及非对称性,提出控制前四阶声辐射模态伴随系数的四组控制力布置方式。以矩形简支板为例,建立了振动控制系统状态空间模型,对从控制输入到控制输出的传递矩阵性质进行了分析,发现该矩阵为近似对角矩阵。从而证明控制过程解耦,即一组控制力可以单独控制某一阶伴随系数,而不影响其他各阶伴随系数的控制。
控制算法的选取和控制器的设计直接关系到控制效果的好坏,是ASAC系统设计中关键的一环。本文首先运用LMI方法,对基于速度伴随系数的ASAC系统设计了具有一定鲁棒性的H∞状态反馈控制器。根据传递函数矩阵的性质设计了四个单输入/单输出系统的控制器联合控制前四阶伴随系数,使得一个控制器只控制前四阶中对应的某一阶声辐射模态伴随系数。并用解耦系统的四个控制器代替原来的四输入/四输出系统的控制器,从而可减少系统的实时运算量及响应时间,且其中一个控制器出现故障时其他控制器仍能正常工作。应用MATLAB软件进行仿真验算,发现系统解耦后有较好的控制效果,达到了降低辐射声功率的目的。