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上世纪九十年代提出的声辐射模态理论是有效的分析结构振动辐射声场性质的一种方法。本文在频域里通过振动结构表面的法向速度和表面声压之间关系,得到了振动结构的声辐射模态和辐射效率并给出了声辐射模态伴随系数的定义。声辐射模态相互正交,每一阶声辐射模态下的声功率相互独立,仅与相应模态下的声辐射模态伴随系数以及振动结构表面的法向速度相关,从而简化了声辐射的计算和控制。声辐射模态由辐射体的几何形状决定,而与辐射体本身的材料特性以及边界条件无关。
目前对声辐射模态的研究大都集中在频域里进行,本文另辟蹊径,在时域里对声辐射模态进行了研究。时域辐射模态与频域辐射模态的不同之处在于频域辐射模态是频率的函数,而时域辐射模态仅由辐射体的几何形状决定,与时间无关。进一步研究表明,瞬时声功率主要由第一阶时域声辐射模态所决定,因此可以对原瞬时声功率表达式进行截断,即仅用第一阶辐射模态就能较为准确的计算总的声功率,使得瞬时声功率的计算和控制得以简化。
本文利用声辐射模态的特性,通过抵消前κ阶声辐射模态伴随系数的控制策略,以简支板为研究对象,在时域声辐射模态领域首次通过状态空间方法建立了数学模型,并分别对不同情况下的计算精度进行了讨论。随后对已建立的系统在时域,复域以及频域的稳定性,可控性,可观性以及抗干扰能力进行了讨论。结果表明所建立的系统稳定性好,完全可控可观,抗干扰能力比较强,性能很好。最后应用MATLAB软件对单输入单输出(SISO)系统进行了仿真,利用最优控制方法对第一阶声辐射模态伴随系数进行了控制,并对影响仿真结果的因素进行了讨论,从而达到了减低声功率的目的,验证了所建立的系统数学模型。