31176

كنترل فعال تركيبي ميدان وايبروآكوستيك يك محفظۀ مكعب مستطيل جفت‌شده با ورق هوشمند پيزوالكتريك بايمورف به كمك منابع صوتي ثانويه

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك - طراحي كاربردي 2

1403

1403/6/18

سيد محمد هاشمي نژاد

-

مهندسي مكانيك

در پايان نامه حاضر، كنترل فعال ميدان صوتي سه‌بعدي درون يك محفظه پرانعكاس مكعب مستطيلي كه توسط يك منبع نويز تك نقطه‌اي در گوشۀ خود تحريك مي‌شود، به‌صورت عددي در طيف فركانسي پايين (1 تا 710 هرتز) موردمطالعه قرارگرفته است. دو پيكربندي كاربردي جهت كنترل صداي مزاحم محلي و سراسري در محفظه در نظر گرفته‌شده‌اند. در پيكربندي اول، تعداد مشخصي از تكه عملگرهاي پيزوالكتريك بايمورف چندمودي نصب‌شده بر روي ديوارهاي جانبي و سقف محفظه در همكاري با يك آرايۀ مجازي مكعبي تودرتوي متشكل از منابع صوتي تك‌قطبي ثانويه براي حذف مؤثر ميدان صوتي محلي درون يك منطقۀ ساكت مكعبي شكل در محيط محفظه به كار گرفته‌شده‌اند. در پيكربندي دوم، تكه عملگرهاي پيزوالكتريك در كنار يك آرايه وسيع تودرتو و غير مزاحم از منابع صوتي تك‌قطبي ثانويه جهت حذف ميدان صوتي سراسري در كل فضاي محفظه بكار گرفته مي‌شوند. مدل عددي سه‌بعدي المان محدود مسئله كوپلۀ كنترل هوشمند تركيبي صداي مزاحم در محيط نرم‌افزار كامسول ساخته‌شده و سپس از طريق رابط برنامه‌نويسي لايولينك متلب با يك حل‌كننده توانمند مبتني بر الگوريتم ژنتيك مرتبط مي‌گردد تا پارامترهاي بهره كنترل‌گرهاي متصل و همچنين ساختار پيكربندي سيستم عملگر پيزو-آكوستيك تركيبي (يعني، قدرت و الگوهاي فعال‌سازي منابع صوتي تك‌قطبي ثانويه، و ولتاژهاي ورودي و هم‌چنين ساختار و قطبيت تكه عملگرهاي پيزوالكتريك) به‌طور هم‌زمان بهينه‌سازي شوند. در اين راستا، چگالي انرژي متوسط اندازه‌گيري‌شده در حسگرهاي هم‌جوار در محيط منطقه هدف به‌عنوان تابع هزينه بهينه‌سازي به حداقل مي‌رسد. همچنين، كنترل صداي مزاحم از طريق دو مجموعه مستقل از كنترل‌كننده‌هاي تك‌ورودي-تك‌خروجي PID كه به‌طور هم‌زمان به منابع صوتي ثانويه و تكه عملگرهاي پيزوالكتريك بايمورف چندمودي بر اساس پس‌خور حسگرهاي فشار صوتي فرمان مي‌دهند، انجام مي‌گردد. نتايج به‌دست‌آمده موفقيت چشمگير سيستم كنترل تركيبي پيشنهادي جهت كنترل سه‌بعدي صداي مزاحم محلي و سراسري در مقايسه با سيستم‌هاي مجرد كنترل آكوستيكي و يا كنترل سازه‌اي در يك محدوده وسيع بسامدي در محفظه را نشان مي‌دهند.

1403/06/24

Hybrid active vibroacoustic field control of a rectangular cavity coupled with smart bimorph piezoelectric plates using secondary sources

9/9/2025 12:00:00 AM

Active three-dimensional harmonic sound field cancellation (SFC) within a smart rectangular parallelepiped reverberant room that is excited in the corner by a single-tone monochromatic primary noise source is numerically studied in the low frequency spectral region (1≤f≤500Hz). Two practical interior noise control configurations are considered. In the first configuration, a selected number of wall-mounted multi-modal bimorph piezo-sandwich plate actuators are integrated with a virtual array of nested cuboidal secondary monopole acoustic sources for effective local sound field cancellation (LSFC) within a targeted cubical quiet zone in the room environment. In the second configuration, the wall-mounted piezo-actuators are teamed up with a non-invasive (near-wall) nested array of secondary monopole sound sources aiming at global sound field cancellation (GSFC) within the entire room space. A direct frequency analysis is performed based on the 3D coupled finite element (FE) virtual simulation models of the smart hybrid noise control systems in COMSOL Multiphysics environment. The constructed FE model is then interfaced with a competent global genetic algorithm-based solver through LiveLink for MATLAB for simultaneous optimization of controller gain parameters and configuration topology of the hybrid piezo-acoustic actuator system (i.e., the complex strength and activation patterns of the secondary monopole sound sources, and the input voltages and activation layout/polarization of the piezo-actuator segments). The average energy density assessed at the collocated sensor nodes on the perimeter of the targeted region is minimized as the key optimization objective function. The control action is subsequently achieved by means of two independent sets of single-input-single-output (SISO) PID controllers that simultaneously command the secondary sound sources and the piezo-segmented structural actuators based on the sensor feedbacks of acoustic pressures.

كنترل فعال ميدان صوتي محلي/سراسري , راحتي آكوستيكي , سيستم كوپلۀ محفظه-ورق هوشمند , شكل‌دهي منطقۀ ساكت , بهينه‌سازي ساختاري عملگر تركيبي پيزو-آكوستيك , آزمايش مجازي آكوستيكي

Active local/global sound field cancellation , Acoustic comfort , smart coupled plate-room environment , hybrid piezo-acoustic actuator topology optimization , Virtual acoustics experimentation

Seyyed Mohammad Javad Hasani

Seyyed Mohammad Hasheminejad