簇绒地毯织机工作空间声场分析及有源控制算法研究

摘要

伴随着工业化的快速发展，地毯的需求量也逐年递增，簇绒地毯织机朝着高转速、高效率的方向转变。与此同时，簇绒机此类高端纺织装备产生的噪声污染也越来越受到人们的广泛关注。因此，对簇绒机工作空间中噪声的声场特性进行分析计算，进而进行相关降噪研究，可以达到改善工作空间声环境的目的。 本文以本校簇绒地毯织机及其工作空间（实验室）为研究对象，对其声场进行了计算，并对其低频噪声的降噪进行初步探究，其主要工作如下。 （1）对簇绒机的织造原理及其各功能模块做了具体的介绍，在此基础上对簇绒机的噪声机理进行分析，得出主要的噪声来源及其噪声的传递路径。最后对簇绒机工作空间的结构及布局做了详细的介绍，为后续声场分析提供前提。 （2）依据工作空间内特殊的结构形式，建立薄壁玻璃的结构有限元模型、有无室内障碍物的工作空间声学有限元模型及二者耦合的耦合系统模型，并分别进行结构模态分析、声学模态分析及耦合系统的模态分析。经计算可得：有障碍物的声腔模态对比于无障碍物的声腔模态，其模态频率及节线位置都发生了改变，声场分析需要建立包含室内障碍物的声学模型；耦合模态中既有以结构模态为主的模态，也有以声腔为主的模态，对簇绒机的噪声空间声场分析需要进行耦合声场的计算。 （3）用声传感器测量了工人耳旁的噪声信号，并进行时频特性分析；在此分析结果上，将簇绒机产生噪声源的主要部件模拟为点声源，进行簇绒机工作空间声场分布特性的计算及分析。与之相对比，建立了简化的簇绒机主机系统结构有限元模型，以实测信号为激励进行动态响应计算，并以此为声学计算的边界条件，采用边界元法进行簇绒机结构表面的声辐射计算和工作空间耦合声场计算。对比分析结果可知：模拟点声源与实际结构辐射噪声在工作空间的分布比较相似，随着频率的升高，声场均由紊乱区变成稳定区。簇绒机结构表面的声压辐射具有一定的指向性，总体噪声值较高。 （4）在自适应滤波原理的基础上，对FxLMS算法进行了分析，依据簇绒机工人作业处的噪声信号的特点，建立了适用于簇绒机工作空间降噪的有源前馈控制系统模型。最后采用MATLAB/SIMULINK工具箱对建立的系统模型进行降噪仿真，结果显示：对工人耳旁的噪声信号在前200Hz频段实现了5-7dB的降噪量，200Hz以后的降噪量较小。

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1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究及发展现状

1.3 研究内容

2.1 簇绒机织造原理及功能分析

2.2 簇绒机噪声机理分析

2.3 簇绒机工作空间介绍

2.4 本章小结

3.1 引言

3.2 玻璃结构模态分析

3.3 工作空间声腔模态分析

3.4 工作空间声腔和玻璃结构耦合模态分析

3.5 本章小结

4.1 引言

4.2 簇绒机噪声信号的测量及分析

4.3 模拟声源作用下的工作空间声学计算

4.4 簇绒机结构振动噪声计算

4.5 本章小结

5.1 引言

5.2 自适应滤波原理

5.3 有源噪声控制系统模型的选择

5.4 有源前馈控制系统模型的建立及仿真

5.5 本章小结

6.1 总结

6.2 展望