基于时域声辐射模态的结构噪声遗传算法优化控制

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振动结构辐射噪声的主动控制是国内外噪声控制领域的重要研究方向之一,对今后生产、生活中避免低频噪声的影响有着重要的意义。本文根据国内外最新的噪声主动控制研究成果,在时域里针对板结构给出了声辐射模态的计算方法,分析了声辐射模态的性质及其伴随系数和其对应声功率之间的关系,为计算和控制结构辐射噪声提供了理论依据。  本文通过研究矩形平板结构在时域里的声辐射模态理论,进一步利用声辐射模态彼此间相互正交,总的辐射声功率为各阶辐射模态声功率的叠加,以及第一阶辐射模态的声功率在总瞬时声功率中占有主导地位的特点,同时根据抵消前几阶声辐射模态伴随系数就能有效降低声功率的控制策略,建立了结构辐射噪声的线性二次最优反馈控制模型。  本文在线性二次最优控制模型的基础上,针对LQR控制器中权矩阵难以确定的问题,和实数编码制的遗传算法(GA)对工程中的优化设计具有良好的全局搜索特性,首次利用实数编码制的遗传算法对已建立的噪声主动控制系统进行了优化,并运用MATLAB软件完成对控制效果的仿真研究,实现了遗传算法对板结构辐射噪声的主动控制优化。并进一步利用遗传算法对许多影响仿真结果的不确定因素进行了详细讨论。由于LQR控制器的当前权矩阵最优值并不能保证声辐射模态在不同条件下仍为最优控制,因此根据遗传算法对多变量可以同时优化的特点,首先对权矩阵Q、R和单个影响因子同时进行优化,并取得了良好的控制效果;其次将所有的影响因子组合起来,利用实数编码同时进行优化,同样也得到了预期的控制效果。  在此基础上,本文首次运用粒子群算法和模拟退火法对板结构的噪声主动控制实施优化,并与遗传算法的控制效果进行了比较,仿真结果表明遗传算法在噪声主动控制中具有令人满意的性能鲁棒性。  通过运用遗传算法对噪声主动控制的优化研究,进一步丰富了声辐射模态理论,促进了其在噪声主动控制中的应用。
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