主動(dòng)約束層阻尼結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化及自適應(yīng)控制研究.pdf

1、汽車已成為當(dāng)今世界最重要的交通工具，人們對(duì)汽車的舒適性要求也越來(lái)越高。這使得車輛的NVH(Noise，Vibration，Harshness)性能成為衡量其質(zhì)量的重要標(biāo)志，世界各大汽車企業(yè)都將其作為重要的研究?jī)?nèi)容。另一方面，節(jié)能、環(huán)保是汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的關(guān)鍵問(wèn)題之一，輕量化技術(shù)則是目前應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題最有效的方法。但汽車輕量化的發(fā)展會(huì)使得車身壁板變薄，弱化車身對(duì)中低頻噪聲的衰減能力，引起車輛NVH性能惡化。這種情況下，采用常規(guī)的NVH

2、控制技術(shù)已難以達(dá)到令人滿意的減振降噪效果。本文在這樣的背景下，圍繞采用主動(dòng)約束層阻尼(Active Constrained Layer Damping，ACLD)技術(shù)減振降噪這一主題，以車身薄壁構(gòu)件的抽象物理模型——薄板結(jié)構(gòu)為主要研究對(duì)象，在ACLD薄板多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)、振動(dòng)噪聲主動(dòng)控制策略等方面開(kāi)展深入研究，并初步探討了將 ACLD技術(shù)應(yīng)用于封閉腔體振動(dòng)噪聲控制的可行性，為 ACLD技術(shù)走向工程應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：

3、
　?、俳⒘薃CLD板結(jié)構(gòu)的有限元?jiǎng)恿W(xué)模型?？紤]壓電材料本構(gòu)方程、粘彈性材料特性的復(fù)常數(shù)和GHM表征模型，結(jié)合合理的ACLD復(fù)合單元，采用有限元法建立了ACLD板結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型。通過(guò)數(shù)值算例和模態(tài)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證了模型的正確性。
　?、诩s束層阻尼（Constrained Layer Damping，CLD）板結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)優(yōu)化研究。以CLD片體的布置位置、粘彈性層厚度hv以及壓電約束層厚度hc等為設(shè)計(jì)變量，以多階模態(tài)損耗因

4、子最大化為目標(biāo)函數(shù)，建立了CLD板結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)優(yōu)化模型；提出了改進(jìn)的非支配排序遺傳多目標(biāo)優(yōu)化算法(INSGA-II)，并通過(guò)算例驗(yàn)證了其性能的優(yōu)越性。采用分步優(yōu)化策略，首先對(duì) CLD片體的位置進(jìn)行尋優(yōu)，進(jìn)而對(duì) hv和hc進(jìn)行優(yōu)化配置；采用一體化優(yōu)化策略，同時(shí)對(duì)CLD片體的位置、hv和hc實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化配置。在得到Pareto最優(yōu)解集內(nèi)，分析了CLD片體的優(yōu)化配置特點(diǎn)，討論了變量之間的匹配關(guān)系，結(jié)果表明：兩種優(yōu)化策略都可獲得多種CLD板的Pa

5、reto最優(yōu)配置方案；CLD片體的位置布置與結(jié)構(gòu)模態(tài)應(yīng)變能分布相關(guān)；在不同的約束條件下，CLD片體、厚度參數(shù)hv，hc之間都存在匹配關(guān)系。進(jìn)一步，對(duì)CLD片體的位置布局進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果的可靠性。
　　③ ACLD板結(jié)構(gòu)振動(dòng)自適應(yīng)控制研究。采用平衡降階法對(duì)ACLD懸臂板動(dòng)力學(xué)模型降階。設(shè)計(jì)了基于FxLMS算法的自適應(yīng)前饋控制器，進(jìn)行了ACLD板振動(dòng)控制仿真研究，分析了影響控制效果的因素，結(jié)果表明：可以實(shí)現(xiàn)對(duì) ACLD懸

6、臂板振動(dòng)的有效控制；次級(jí)通道延遲特性對(duì)控制效果有著重要影響。進(jìn)一步，設(shè)計(jì)了基于次級(jí)通道在線辨識(shí)FxLMS算法的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，對(duì)ACLD懸臂板的振動(dòng)控制進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究，研究表明：ACLD技術(shù)可以有效抑制結(jié)構(gòu)振動(dòng)；設(shè)計(jì)的自適應(yīng)控制器具有良好的自適應(yīng)性。
　　④ ACLD板結(jié)構(gòu)振動(dòng)復(fù)合控制研究。針對(duì)前饋控制系統(tǒng)中會(huì)引入隨機(jī)干擾的問(wèn)題，提出了基于反饋LQG控制和前饋?zhàn)赃m應(yīng)控制的復(fù)合控制策略。設(shè)計(jì)了有效的LQG控制器，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)

7、建了相應(yīng)的復(fù)合控制器，對(duì)ACLD板的振動(dòng)控制進(jìn)行了仿真研究，對(duì)比分析了控制器參數(shù)對(duì)單一/復(fù)合控制器性能的影響，結(jié)果表明：復(fù)合控制器振動(dòng)控制效果更好，具有更快的收斂速度，更好的魯棒性和穩(wěn)定性。
　　⑤基于ACLD技術(shù)的封閉腔體振動(dòng)噪聲控制初步研究。將汽車乘客室抽象為簡(jiǎn)單封閉腔體，基于Helmholtz邊界方程推導(dǎo)了彈性壁板振動(dòng)時(shí)腔體內(nèi)場(chǎng)點(diǎn)的聲壓計(jì)算公式。對(duì) CLD片體的位置進(jìn)行了優(yōu)化，討論了降噪效果與材料用量的關(guān)系，結(jié)果表明：存在C