本文關鍵詞：陣列式壓電體積位移傳感器的設計及實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：噪聲與振動主動控制技術是航空航天領域長期研究的課題,對降低飛行噪聲、提高飛行舒適性、延長飛行器疲勞壽命具有重大的經(jīng)濟價值和現(xiàn)實意義。噪聲與振動主動控制主要包括有源振動控制(Active Vibration Control,AVC)、有源噪聲控制(Active Noise Control,ANC)和結構聲有源振動控制(Active Structural Acoustic Control,ASAC)。其中ASAC控制系統(tǒng)是AVC和ANC的結合,可經(jīng)濟有效地通過少量的作動器控制振動結構表面的振速分布,抑制聲輻射,從而實現(xiàn)對結構聲輻射的控制。因此,ASAC系統(tǒng)用于結構噪聲的控制時具有明顯優(yōu)勢。誤差傳感器的設計是ASAC系統(tǒng)的關鍵問題之一。注意到在低頻范圍內,結構的體積位移幅值是決定聲功率的主要影響因素。抵消結構表面體積位移,就能使得振動結構在低頻范圍內的聲輻射大幅降低。如果能通過壓電式體積位移傳感器設計ASAC系統(tǒng),可以大幅降低控制器的設計難度。鑒于壓電式傳感器在ASAC系統(tǒng)中的優(yōu)越應用性能,本文以壓電陣列式體積位移傳感器的設計和實驗驗證為研究對象,分別通過模態(tài)方法、偽逆方法結合Tikhonov正則化方法、截斷奇異值法對其設計進行研究,并對非均勻階梯梁的體積位移進行實驗測量,主要研究內容包括:(1)首先對ASAC控制技術的研究現(xiàn)狀和技術優(yōu)點進行了簡述,分析了聚偏二氟乙烯(PVDF)壓電材料用于ASAC系統(tǒng)誤差傳感的特點和優(yōu)勢,并簡要列舉了壓電體積位移傳感器的設計思想和正則化方法的應用。(2)在波數(shù)域中推導了體積位移和遠場聲壓的關系,通過抵消振動結構的體積位移能極大地降低遠場聲壓,達到降低結構噪聲的目的。(3)分別對模態(tài)方法、偽逆方法設計陣列式壓電體積位移傳感器展開研究,并應用于均勻梁和非均勻階梯梁的陣列式壓電體積位移傳感器的設計。數(shù)值計算表明,偽逆方法結合Tikhonov正則化方法設計的體積位移傳感器能準確的測量結構的體積位移。注意到模態(tài)方法需要預先知道振動結構的模態(tài)信息,在求解結構模態(tài)的過程中需要經(jīng)過復雜的數(shù)值計算過程,而偽逆方法完全基于PVDF的輸出信號,不需要結構模態(tài)信息,并對測量噪聲有一定的抗干擾性。(4)對偽逆法設計的階梯梁PVDF體積位移傳感器進行實驗研究,并將PVDF體積位移傳感器的測量結果與加速度計的測量結果對比。結果表明,本文所設計的PVDF體積位移傳感器能夠用于體積位移的測量。
【關鍵詞】：結構聲有源控制 PVDF 體積位移傳感器 偽逆方法 Tikhonov方法
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP212.6;TB535
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-19
• 1.1 選題背景及研究意義8-10
• 1.2 誤差傳感器的選擇10-13
• 1.2.1 傳統(tǒng)加速度計10-11
• 1.2.2 激光測振儀11-12
• 1.2.3 壓電式PVDF傳感器12-13
• 1.3 PVDF體積位移傳感器的設計13-16
• 1.3.1 連續(xù)分布式體積位移傳感器13-15
• 1.3.2 離散陣列式體積位移傳感器15-16
• 1.4 正則化方法簡介16-18
• 1.5 本文研究內容和結構安排18-19
• 第2章 聲功率、遠場聲壓和體積位移基本理論19-28
• 2.1 遠場聲壓和聲功率19-21
• 2.2 遠場聲壓和聲功率的波數(shù)變換解21-23
• 2.3 體積位移與遠場聲壓的關系23-25
• 2.4 抵消體積速度實現(xiàn)結構聲有源控制25-27
• 2.5 本章小結27-28
• 第3章 模態(tài)法設計陣列式體積位移傳感器28-44
• 3.1 模態(tài)法設計均勻梁結構陣列式PVDF體積位移傳感器28-32
• 3.1.1 陣列式PVDF體積位移傳感器設計原理28-29
• 3.1.2 模態(tài)法計算加權系數(shù)W29-31
• 3.1.3 均勻梁結構模態(tài)振型31-32
• 3.2 非均勻階梯梁結構自由振動分析32-36
• 3.2.1 階梯梁的模態(tài)振型函數(shù)32-34
• 3.2.2 階梯梁模態(tài)振型數(shù)值算例34-36
• 3.3 數(shù)值仿真分析36-43
• 3.4 本章小結43-44
• 第4章 偽逆法設計陣列式體積位移傳感器44-88
• 4.1 引言44-45
• 4.2 基于偽逆法設計陣列式體積位移傳感器45-49
• 4.2.1 截斷奇異值法設計陣列式體積位移傳感器45-47
• 4.2.2 Tikhonov正則化方法47-49
• 4.3 Tikhonov正則化參數(shù)的選擇49-54
• 4.3.1 L曲線法選擇正則化參數(shù)49-50
• 4.3.2 OCV法選擇正則化參數(shù)50-52
• 4.3.3 GCV法選擇正則化參數(shù)52-54
• 4.4 數(shù)值仿真分析54-86
• 4.4.1 截斷奇異值法設計PVDF體積位移傳感器數(shù)值仿真55-67
• 4.4.2 Tikhonov法設計體積位移傳感器數(shù)值仿真67-86
• 4.5 本章小結86-88
• 第5章 陣列式PVDF體積位移傳感器實驗研究88-100
• 5.1 實驗設計88-89
• 5.1.1 實驗目的88
• 5.1.2 實驗材料88-89
• 5.1.3 實驗裝置89
• 5.2 基于PVDF傳感器的實驗模態(tài)分析89-93
• 5.3 I型階梯梁體積位移測量實驗93-99
• 5.3.1 實驗數(shù)據(jù)測量93-96
• 5.3.2 利用加速度計頻率響應曲線獲取標準體積位移96
• 5.3.3 陣列式PVDF體積位移傳感器測量目標階梯梁體積位移96-99
• 5.4 本章小結99-100
• 第6章 總結和展望100-102
• 6.1 研究總結100-101
• 6.2 未來研究展望101-102
• 附錄102-107
• 附錄A 基于PVDF陣列的階梯梁實驗曲率模態(tài)測量102-104
• 附錄B 基于PVDF傳感器陣列的模態(tài)濾波104-107
• 參考文獻107-112
• 發(fā)表 學術論文和參加科研項目情況112-113
• 致謝113-114

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本文編號：367352