虚拟声屏障误差传感策略与次级源控制策略的研究

虚拟声屏障（以及类似的边界表面控制、边界声压控制等概念）提出以来，国.内外相关研究已取得一定进展。然而，这些研究在理论上仍存在物理机理未明晰的问题，此.外针对中高频噪声，虚拟声屏障需要有大量的控制通道数，这对其应用是不利的。为解决上.述问题，本申请项目将深入探讨虚拟声屏障的物理机理，研究控制前后声能量的变化情况，.研究在各种物理配置下控制性能不同时，其控制机理的异同。在明确物理机理的情况下，通.过优化误差传感策略，提高现有虚拟声屏障的有效降噪频率或者在相同频率下减少所需控制.通道的个数，即通过误差传感器类型和布放方式的优化，以及虚拟传感器的应用，来达到减.少所需控制通道个数的目的。本项目除探讨物理机理，研究误差传感策略的优化技术之外，.同时研究分布式控制结构在虚拟声屏障的应用研究，以使虚拟声屏障更趋于实用，力争使本.项目的研究结果形成一项国民经济和国防建设中切实有用的高新技术。

虚拟声屏障(VSB)提出以来，国内外相关研究已取得一定进展。此前的研究主要基于相对简单的模型，如不考虑声反射、次级源为点源、使用理想的多通道控制系统，等等，此外，对系统的控制策略也缺少优化研究。因此，本项目的研究包括：建立更准确的模型、控制策略优化、分布式有源控制系统。研究成果简述如下。其一，研究刚性反射面对VSB系统性能的影响，发现当VSB系统靠近刚性反射面时，其降噪量随频率变化的曲线在自由场降噪曲线上下波动，降噪量随反射面的距离呈周期性变化，对正入射的情况，周期为半波长。此外还提出了将反射面引入VSB系统构成组合VSB系统并分析其性能。其二，基于连续声源概念推导新的VSB系统次级源驱动公式，在此基础上讨论指向性声源和变指向性声源对VSB系统性能的影响，同时与传统的最小均方法进行对比。其三，研究VSB系统在采用不同代价函数时的性能表现，包括误差传感器的声势能密度和、声动能密度和、声能量密度和三种代价函数，研究表明考虑目标区域总降噪量和目标区域声压降低量均匀程度两个方面，以声能量密度和为代价函数是较好的选择。其四，研究基于分布式前馈有源控制系统的有源声屏障。数值仿真及实验结果都表明不管是使用自适应控制系统或是使用固定滤波器系数的控制系统，分布式前馈有源声屏障都有效。分析了这两种控制方式下分布式前馈有源声屏障的性能差异。最后，设计发明了一种实用的可级联的前馈有源控制单元与分布式前馈有源控制器。