基于压电材料的被动及半主动振动噪声控制

摘要

近年来,基于压电元件的被动控制方法的出现,为工程结构中振动噪声的控制提供了新的有力手段。本文详细分析了压电被动控制方法的工作原理和实现方法,以表面贴有压电陶瓷片的平板为例,给出了多种分流电路的单/多模态被动减振降噪的实验结果,然后在压电被动控制方法的基础上,发展了一种新颖的半主动控制方法。这种方法不仅实现了对单/多模态振动噪声的控制,而且还具有控制效果好、环境适应性强、电路间干扰小和电路结构简单等优点。
　　 本文的研究工作主要由以下三个部分组成:
　　 1.从压电元件的压电方程出发,推导出结构的机械阻抗与压电分流电路的电气阻抗之间的关系,得到了整个系统的位移传递函数和各种分流电路的参数优化方法。
　　 2.选用串联RL、串联-CR、模拟和DSP的“合成阻抗”四种典型的分流电路进行单模态的振动噪声控制。此外,还利用并联电容的方法降低了RL分流电路所需的最优电感值和利用“阻塞电路”实现了多模态振动控制。
　　 3.结合自适应滤波器和DSP“合成阻抗”电路,提出一种基于自适应“合成阻抗”电路的半主动控制方法,并进行相应的单/多模态振动噪声控制实验。
　　 压电被动控制技术的振动噪声控制效果好、结构简单、易于实现、不需要大功率能源,适于在一些要求结构简单轻便的场合；而基于自适应“合成阻抗”电路的半主动控制方法,继承了被动控制的优点,又具有主动控制的特性,是一种非常有发展前景的新方法。

目录

文摘

英文文摘

图、表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 基于压电材料的振动噪声控制技术

1.3 论文的主要研究内容

第二章 压电元件的特性及其被动振动控制的原理

2.1 压电元件的特性

2.1.1 压电效应

2.1.2 压电方程

2.2 压电被动振动控制的原理

2.2.1 压电元件的阻尼

2.2.2 系统的位移传递函数

2.3 本章小结

第三章 压电分流电路的设计

3.1 几种压电分流电路的特性分析

3.1.1 电感型压电分流电路

3.1.2 电容型压电分流电路

3.1.3 基于“合成阻抗”电路的压电分流电路

3.2 几种压电分流电路的实现

3.2.1 模拟电感电路

3.2.2 负电容电路

3.2.3 “合成阻抗”电路

3.3 本章小结

第四章 压电被动振动噪声控制的研究

4.1 压电被动振动噪声控制实验系统的设计

4.2 模拟式压电分流电路的振动噪声控制

4.2.1 RL串联压电分流电路的振动噪声控制效果

4.2.2 -CR串联压电分流电路的振动噪声控制效果

4.2.3 模拟“合成阻抗”压电分流电路的振动噪声控制效果

4.3 数字式(DSP)压电分流电路的振动噪声控制

4.3.1 DSP“合成阻抗”电路的硬件设计

4.3.2 DSP“合成阻抗”电路的软件设计及实验结果

4.4 基于“阻塞电路”的多模态减振

4.5 本章小结

第五章 基于自适应“合成阻抗”电路的半主动振动噪声控制

5.1 基于LMS算法的自适应滤波器

5.1.1 横向FIR型的自适应滤波器

5.1.2 LMS算法的原理

5.2 自适应“合成阻抗”电路的设计与实现

5.2.1 自适应“合成阻抗”电路工作原理

5.2.2 自适应“合成阻抗”电路的实现

5.3 自适应“合成阻抗”压电分流电路的实验研究

5.3.1 自适应“合成阻抗”压电分流电路的振动噪声控制实验

5.3.2 自适应“合成阻抗”压电分流电路的振动控制实验

5.4 本章小结

第六章 全文总结及展望

6.1 全文工作总结

6.2 研究工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

附录 Ⅰ

附录 Ⅱ