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基于声辐射模态的有源结构声学控制(ASAC)是近几年提出的分析结构振动辐射声场性质和控制噪声辐射的一种有效方法。通过振动结构表面法向速度和表面声压之间的关系,给出振动板结构的声辐射模态及其对应的辐射效率。声辐射模态代表一组正交的速度分布,每一阶声辐射模态对应的声功率相互独立。结构的辐射声功率可以表示为辐射效率和声辐射模态伴随系数平方的线性组合。声辐射模态的一个重要特点是它在中、低频时,对应的辐射效率随着声辐射模态阶数的增加而迅速降低。因此,基于声辐射模态的ASAC系统的控制策略是使前K阶声辐射模态伴随系数幅值最小化。
在状态空间建立了利用压电陶瓷片作为作动器的ASAC模型。根据前四阶声辐射模态的对称性对称布置四组作动器。模拟计算表明,每组作动器只要对称布置,控制输入与输出之间的传递矩阵就是对角的。利用对角矩阵解耦法,将复杂的多输入/多输出控制系统转变为几个简单的、互相独立的单输入/单输出控制系统。利用状态反馈的H∞控制理论设计了四个独立的控制器。模拟验证了每组作动器只要对称布置即可只控制对应阶声辐射模态的伴随系数,实现了有源控制解耦。
研究了基于声辐射模态理论进行有源控制解耦中压电作动器的位置优化问题。只要四组作动器满足某种对称形式布置,就可以实现声辐射模态的有源控制解耦,但是满足对称性布置的四组作动器位置有无数个。在主动控制中,压电作动器的位置如何布置一直是个难题。以输入控制功率最小化为目标,对四组压电作动器的位置进行了优化。