本文選題：動(dòng)圈揚(yáng)聲器　切入點(diǎn)：等效電路　出處：《國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：渦流效應(yīng)、蠕變效應(yīng)和時(shí)變效應(yīng)嚴(yán)重影響了揚(yáng)聲器單元等效電路的計(jì)算精度。論文針對(duì)如何提高等效電路在低頻區(qū)和高頻區(qū)計(jì)算精度的問題,通過深入分析渦流效應(yīng)和蠕變效應(yīng)形成的物理機(jī)制,突破整數(shù)階微分方程的限制,借助于分?jǐn)?shù)階微分?jǐn)?shù)學(xué)理論,建立了揚(yáng)聲器單元的分?jǐn)?shù)階線性和非線性等效電路,研究了非線性參數(shù)和時(shí)變效應(yīng)對(duì)非線性失真的影響。論文針對(duì)定心支片的結(jié)構(gòu)非線性問題,基于附加質(zhì)量法,設(shè)計(jì)了一套非接觸式動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng),測(cè)得了定心支片的蠕變效應(yīng)和非線性力勁,并揭示了定心支片非線性力勁的形成機(jī)制。主要研究成果和結(jié)論如下:1.通過將麥克斯韋電磁波動(dòng)方程拓展到分?jǐn)?shù)維,建立了分?jǐn)?shù)階電感阻抗模型以模擬高頻區(qū)渦流效應(yīng)引起的電感損失;通過在標(biāo)準(zhǔn)線性固體粘彈性本構(gòu)模型中引入分?jǐn)?shù)階粘壺,建立了分?jǐn)?shù)階標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型,以模擬懸置系統(tǒng)在低頻區(qū)的蠕變力順。通過對(duì)實(shí)測(cè)揚(yáng)聲器單元輸入阻抗和傳遞函數(shù)曲線的最小二乘擬合,得到了模型參數(shù)和擬合誤差,結(jié)果表明:分?jǐn)?shù)階電感阻抗模型準(zhǔn)確描述了電感阻抗隨頻率變化的冪律現(xiàn)象,有效地提高了等效電路高頻區(qū)的模擬精度;分?jǐn)?shù)階標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型準(zhǔn)確把握了懸置系統(tǒng)損失因數(shù)隨頻率變化的冪律特征,顯著提高了等效電路低頻區(qū)的模擬精度。2.分?jǐn)?shù)階算子可作為短路環(huán)效果和蠕變效應(yīng)大小的評(píng)價(jià)指標(biāo)。分?jǐn)?shù)階算子越大,音圈電感損失越大,高頻響應(yīng)越好,短路環(huán)效果越好。蠕變效應(yīng)在頻譜上表現(xiàn)為損失因數(shù)隨頻率的變化:頻率越低,損失因數(shù)越大。分?jǐn)?shù)階算子越小,損失因數(shù)越大,且隨頻率的變化幅度越大,蠕變效應(yīng)越顯著。3.通過引入分?jǐn)?shù)階電感阻抗模型和分?jǐn)?shù)階標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型,對(duì)揚(yáng)聲器單元線性等效電路進(jìn)行了分?jǐn)?shù)階改進(jìn),并采用高階濾波器近似法對(duì)改進(jìn)后的等效電路進(jìn)行了時(shí)域求解,得到位移時(shí)域響應(yīng),計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)曲線的比較表明:分?jǐn)?shù)階改進(jìn)等效電路對(duì)位移時(shí)域信號(hào)的描述與實(shí)驗(yàn)誤差較小,吻合較好。此外,本文給出了正弦信號(hào)激勵(lì)下,分?jǐn)?shù)階線性系統(tǒng)輸出位移時(shí)域響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)解析解。4.建立了揚(yáng)聲器單元的分?jǐn)?shù)階非線性等效電路,給出了數(shù)值計(jì)算方法,比較了數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的差別,分析了分?jǐn)?shù)階非線性等效電路的模擬精度,結(jié)果表明:低頻大信號(hào)諧波失真和幅度調(diào)制失真的數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)誤差較小,吻合較好;高頻調(diào)制失真的數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)存在一定誤差。分析了揚(yáng)聲器單元非線性參數(shù)和時(shí)變效應(yīng)對(duì)非線性失真的影響,結(jié)果表明:非線性電感對(duì)諧波失真影響較小,對(duì)調(diào)制失真有一定影響,對(duì)稱性影響較小;非線性力因數(shù)對(duì)諧波失真和幅度調(diào)制失真影響均較大,對(duì)稱性影響不明顯;非線性力順對(duì)低頻諧波失真影響大,對(duì)高頻諧波失真和幅度調(diào)制失真影響小,對(duì)稱性影響顯著。時(shí)變效應(yīng)對(duì)低頻諧波失真和幅度調(diào)制失真影響顯著。5.基于附加質(zhì)量法,設(shè)計(jì)了一套定心支片結(jié)構(gòu)非線性效應(yīng)的測(cè)量系統(tǒng)。通過模態(tài)分析測(cè)得了材料的動(dòng)態(tài)楊氏模量、存儲(chǔ)力勁和損失因數(shù)隨頻率的變化規(guī)律,結(jié)果表明:定心支片蠕變效應(yīng)主要源于材料內(nèi)部高分子聚合物分子鏈之間的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。高分子材料在交變應(yīng)力作用下,鏈狀分子運(yùn)動(dòng)需要一定的時(shí)間克服阻力,因此應(yīng)變會(huì)滯后于應(yīng)力的變化。采用諧波平衡法,得到了大信號(hào)下定心支片力勁隨位移非線性變化曲線,分析了非線性形成機(jī)制,結(jié)果表明:材料非線性效應(yīng)導(dǎo)致了非線性曲線的對(duì)稱軸偏移,非線性幾何結(jié)構(gòu)是力勁軸對(duì)稱性質(zhì)的主要成因。論文工作能為揚(yáng)聲器單元設(shè)計(jì)和研發(fā)、非線性失真的改善和非線性預(yù)失真補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)支撐。
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【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN643
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本文編號(hào)：1691373