Model-based active noise control of a piezoelectric structure

• Autorzy: Nestorović T. , Lefevre J. , Gabbert U.

Warianty tytułu

PL

Aktywny układ redukcji hałasu na bazie modelu struktury piezoelektrycznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Methods of active noise and vibration control involve different techniques which combine electroacoustics with integration of active materials and controller into a complex active structural system in order to enable radiation of an anti-phased field for cancellation or attenuation of an original noise in a specific domain. This paper presents a model-based controller design procedure for the active noise attenuation of a piezoelectric structure surrounded by the acoustic fluid. Model development is based on a finite element method approach, which takes into consideration the electro-mechanical-acoustic effects. A FEM-based state-space model obtained after appropriate transformations and modal reduction is used for the controller design. The aim of the control, suppression of the acoustic fluid pressure in a prescribed point or field, is achieved using an optimal LQ controller designed based on a developed state-space model. The controller design involves also a novel approach, with included additional dynamics for the noise control in the presence of periodic excitations. The effects of the suggested method are tested on a smart acoustic box consisting of an aluminium plate with attached piezoelectric patches, surrounded by the acoustic fluid (air) inside the wooden box. The air pressure reduction at a selected point inside the box is observed in the controlled case.

PL

Aktywne metody redukcji drgań i hałasu wymagają zróżnicowanych technik, które łączą elementy elektroakustyczne zintegrowane z elementami czynnymi oraz sterownikami wewnątrz złożonej aktywnej struktury, żeby umożliwić promieniowanie pola w przeciwfazie w celu eliminacji lub redukcji pierwotnego hałasu w wybranej strefie. Artykuł prezentuje projekt regulatora na bazie modelu do aktywnej redukcji hałasu struktury piezoelektrycznej w otoczeniu płynu akustycznego. Opracowany model bazuje na metodzie elementów skończonych, która uwzględnia zjawiska elektro-mechaniczno-akustyczne. Model w przestrzeni stanu powstały na podstawie MES, otrzymany w wyniku stosownych przekształceń i uproszczeń modelu, użyto do syntezy regulatora. Celem sterowania było wytłumienie ciśnienia płynu akustycznego w danym punkcie lub polu, co osiągnięto, wykorzystując regulator optymalny LQ zaprojektowany na podstawie opracowanego modelu w przestrzeni stanu. Projektowanie regulatora wymaga nowatorskiego podejścia uwzględniającego dodatkową dynamikę podczas redukcji hałasu w obecności wymuszeń harmonicznych. Efekty zaprezentowanej metody zostały przetestowane na inteligentnej skrzynce akustycznej zbudowanej z aluminiowej płyty z naklejonymi na niej płytkami piezoelektrycznymi, otoczonej przez płyn akustyczny (powietrze), umieszczonej w drewnianym pudle. Zaobserwowano redukcję ciśnienia powietrza w wybranym punkcie wewnątrz skrzynki dla układu z regulatorem.

Słowa kluczowe

EN

active noise control; piezoelectric structure; optimal LQ controller; acoustic box

PL

aktywna redukcja hałasu; struktura piezoelektryczna; optymalne sterowanie LQ; skrzynka akustyczna

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Mechanics / AGH University of Science and Technology
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 26, no. 2
• Strony: 71--77
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Nestorović T.

autor

Lefevre J.

autor

Gabbert U.

• Institute of Mechanics Otto-von-Guericke University,

Bibliografia

• [1] Vogl B.: Vibroakustische Systemanalyse als Werkzeug zur Realisierung adaptiver Struktursysteme. Otto-von-Guericke University Magdeburg, Shaker Verlag, Aachen, 2003 (Dissertation)
• [2] Nestorović Trajkov T, Koppe H., Gabbert U.: Active Vibration Control Using Optimal LQ Tracking System with Additional Dynamics. International Journal of Control, vol. 78, No. 15, 15 October 2005, 1182-1197
• [3] Nestorović T.: Controller Design for the Vibration Suppression of Smart Structures. Fortschritt-Berichte VDI Reihe 8, Nr 1071, Dusseldorf: VDI Verlag 2005
• [4] Neuman M.: Aktive Beeinflussung der Schallabstrahlung einer breitbandig schwingenden Platte durch strukturintegrierte Aktuatoren. Otto-von-Guericke University Magdeburg, DLR Braunschweig (Diploma thesis)
• [5] Lefevre J., Gabbert U.: Finite Element Modelling of Vibro-Acoustic Systems for Active Noise Reduction. Technische Mechanik 25 (3-4), 2005, 241-247
• [6] Laugwitz F., Lefevre J., Schmidt G., Nestorović T., Gabbert U.: Experimental and numerical investigation of a smart acoustic box. International Conference on Modal Analysis, Noise and Vibration Engineering ISMA2006 Leuven, Belgium, in CD-Proceedings of ISMA2006, editors P. Sas, M. de Munck, 223-232
• [7] Lefevre J., Gabbert U.: Finite Element Simulation of Smart Structures for Active Vibration and Acoustic Control. PAMM Proc. Appl. Math. Mech. 3, 2003, 296-297
• [8] Nestorović Trajkov T., Koppe H., Gabbert U.: Vibration control of a funnel-shaped shell structure with distributed piezoelectric actuators and sensors. Smart Materials and Structures, 15, 2006, 1119-1132
• [9] COSAR General Purpose Finite Element Package Manual 1992 FEMCOS mbH Magdeburg, http://www.femcos.de