陣列式壓電體積位移傳感器的設(shè)計及實驗研究.pdf

1、學(xué)校代碼：10406中圖分類號：TP212.6TB534學(xué)號：130082502003南昌航空大學(xué)南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文碩士學(xué)位論文陣列式壓電體積位移傳感器的設(shè)計及實驗研究陣列式壓電體積位移傳感器的設(shè)計及實驗研究作者：鐘海彬指導(dǎo)教師：毛崎波教授申請學(xué)位級別：碩士學(xué)科、專業(yè)：航空宇航推進(jìn)理論與工程申請學(xué)位日期：2015年11月授予學(xué)位單位：南昌航空大學(xué)I摘要噪聲與振動主動控制技術(shù)是航空航天領(lǐng)域長期研究的課題，對降低飛行噪聲、提高飛行舒適

2、性、延長飛行器疲勞壽命具有重大的經(jīng)濟(jì)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（ActiveVibrationControlAVC）、有源噪聲控制（ActiveNoiseControlANC）和結(jié)構(gòu)聲有源振動控制（ActiveStructuralAcousticControlASAC）。其中ASAC控制系統(tǒng)是AVC和ANC的結(jié)合，可經(jīng)濟(jì)有效地通過少量的作動器控制振動結(jié)構(gòu)表面的振速分布，抑制聲輻射，從而實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)聲輻射的控制。

3、因此，ASAC系統(tǒng)用于結(jié)構(gòu)噪聲的控制時具有明顯優(yōu)勢。誤差傳感器的設(shè)計是ASAC系統(tǒng)的關(guān)鍵問題之一。注意到在低頻范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)的體積位移幅值是決定聲功率的主要影響因素。抵消結(jié)構(gòu)表面體積位移，就能使得振動結(jié)構(gòu)在低頻范圍內(nèi)的聲輻射大幅降低。如果能通過壓電式體積位移傳感器設(shè)計ASAC系統(tǒng)，可以大幅降低控制器的設(shè)計難度。鑒于壓電式傳感器在ASAC系統(tǒng)中的優(yōu)越應(yīng)用性能，本文以壓電陣列式體積位移傳感器的設(shè)計和實驗驗證為研究對象，分別通過模態(tài)方法、偽逆方

4、法結(jié)合Tikhonov正則化方法、截斷奇異值法對其設(shè)計進(jìn)行研究，并對非均勻階梯梁的體積位移進(jìn)行實驗測量，主要研究內(nèi)容包括：（1）首先對ASAC控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀和技術(shù)優(yōu)點進(jìn)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(shè)計思想和正則化方法的應(yīng)用。（2）在波數(shù)域中推導(dǎo)了體積位移和遠(yuǎn)場聲壓的關(guān)系，通過抵消振動結(jié)構(gòu)的體積位移能極大地降低遠(yuǎn)場聲壓，達(dá)到降低結(jié)構(gòu)噪聲的目的。（

5、3）分別對模態(tài)方法、偽逆方法設(shè)計陣列式壓電體積位移傳感器展開研究，并應(yīng)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(shè)計。數(shù)值計算表明，偽逆方法結(jié)合Tikhonov正則化方法設(shè)計的體積位移傳感器能準(zhǔn)確的測量結(jié)構(gòu)的體積位移。注意到模態(tài)方法需要預(yù)先知道振動結(jié)構(gòu)的模態(tài)信息，在求解結(jié)構(gòu)模態(tài)的過程中需要經(jīng)過復(fù)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(jié)構(gòu)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(shè)計的階梯梁P