艦艇動力裝置主動噪聲控制技術研究

閭晨光

摘 要：分析了主動噪聲控制系統的原理，以艦艇動力裝置為例，說明了主動噪聲控制技術在設計與安裝上的應用特點，給出了綜合型主動噪聲控制系統的應用方法及優勢。

關鍵詞：主動噪聲控制 ?動力裝置 ?振動激勵

中圖分類號：U66 ? ?文獻標識碼：A ?文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0050-01

在傳輸途徑中對噪聲加以控制是動力裝置噪聲控制的最常用方法[1]。目前對空氣噪聲一般采取消聲、隔聲和吸聲處理;而對結構噪聲的主要隔聲措施是減振、隔振等。上述方法雖然對削弱動力裝置的傳遞噪聲有明顯作用，但終歸屬于被動降噪方式，對噪聲聲源未能起到有效控制作用。隨著噪聲控制要求的不斷增高，上述傳統降噪技術的實現成本日益增大，而效果則接近極限。因此，加強對主動噪聲控制方法[2-3]的研究，在動力裝置設計之初考慮其聲學控制性能指標，便愈加顯得重要。

1 主動噪聲控制原理

主動噪聲控制有兩種最基本形式：反饋控制與超前控制。

反饋控制系統包括誤差傳感器，控制裝置和揚聲器。誤差傳感器測量信號，輸入到控制裝置，再推動揚聲器，產生一個與前行主聲源的聲波幅度相等而相位相反的次聲源。主聲源的聲波與次聲源的聲波在誤差傳聲器的位置抵消，達到消音目的。

超前控制系統含有誤差傳感器，控制裝置、揚聲器和參考傳感器。參考信號與誤差信號同時傳遞到控制裝置，然后再推動揚聲器產生次聲源。超前控制系統與反饋系統的根本不同是超前系統采用了參考信號。這樣系統遇到微小的干擾時，它可以自我調節。

2 主動噪聲控制系統在艦艇動力裝置上的設計應用

針對不同的控制對象，反饋控制與超前控制都可運用于艦艇動力裝置的噪聲處理。根據具體應用范圍的不同，可分為以下三類。

2.1 附加能源型控制系統

圖1表示一個主機設備主動噪聲控制系統。主機設備通過隔振器安放在基座上，其振動通過隔振器傳到基座，同時船體其它結構或設備的振動也通過隔振器等部件傳遞到基座。為了減小這些振動，一個主動控制系統裝在基座上，并產生一個相位與源振動相差180°的力來抵消一部分振動。這個控制力是由一個額外能量供應系統來提供的。

這種系統的好處是可以有效地控制振動與噪聲，其缺陷是增加了額外的能源供應系統、降低了系統的可靠性、維修性等。

2.2 獨立蓄能型控制系統

針對附加能源型控制系統的缺點，可適當改進后，可形成如圖2所示的閉環的獨立蓄能型控制系統。比較圖2與圖1，其差別是在獨立蓄能型控制系統中，沒有附加的能源供應系統。獨立蓄能型控制系統中的激勵力來自振動系統本身的能量。當系統振動時，一部分能量儲存起來，經過控制器調節后，在適當的時候釋放出來抵消傳遞到基座或設備上的振動。

3 綜合型主動噪聲控制系統

對于需多工況、多頻段工作的重要動力裝置相關設備，如主機、空壓機、大功率水泵等，其低頻或高頻噪聲均可能不定期出現，不能單一處理[4-5]。因此，考慮到附加能源型與獨立蓄能型控制系統的優缺點并加以改進，可設計如圖3所示的綜合型主動噪聲控制系統，用于對抗復雜振動噪聲。該型系統的特點是除安裝了激勵控制設備以外，另設置了一個識頻控制器。識頻控制器主要負責接受傳感器發送的頻率信息，并結合動力設備與噪聲控制系統的工作特性參數判斷是否啟動附加能源系統，當動力設備處于低頻段時，識頻控制器關閉附加能源系統，整個噪聲控制系統則變為獨立蓄能型控制系統;當動力設備頻段超過一定界限，處于高頻段時，識頻控制器啟動附加能源系統，整個噪聲控制系統則變為附加能源型控制系統。

參考文獻

[1] 吉桂明.動力裝置的減振和降噪[J].熱能動力工程，2009（2）.

[2] 史斌杰，吳瑩.Visual Basic.NET在船舶動力裝置管路系統技術設計中的應用[C]//中國造船工程學會學術論文集.2010.

[3] 周炎.船舶低噪聲設計技術研究[J].上海造船，2010（1）.

[4] 鄒春平，陳端石.船舶結構振動特性研究[J].船舶力學，2003（2）.

[5] 牛軍川，宋孔杰.船載柴油機浮筏隔振系統的主動控制策略研究[J].內燃機學報，2007（3）.endprint

摘 要：分析了主動噪聲控制系統的原理，以艦艇動力裝置為例，說明了主動噪聲控制技術在設計與安裝上的應用特點，給出了綜合型主動噪聲控制系統的應用方法及優勢。

關鍵詞：主動噪聲控制 ?動力裝置 ?振動激勵

中圖分類號：U66 ? ?文獻標識碼：A ?文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0050-01

在傳輸途徑中對噪聲加以控制是動力裝置噪聲控制的最常用方法[1]。目前對空氣噪聲一般采取消聲、隔聲和吸聲處理;而對結構噪聲的主要隔聲措施是減振、隔振等。上述方法雖然對削弱動力裝置的傳遞噪聲有明顯作用，但終歸屬于被動降噪方式，對噪聲聲源未能起到有效控制作用。隨著噪聲控制要求的不斷增高，上述傳統降噪技術的實現成本日益增大，而效果則接近極限。因此，加強對主動噪聲控制方法[2-3]的研究，在動力裝置設計之初考慮其聲學控制性能指標，便愈加顯得重要。

1 主動噪聲控制原理

主動噪聲控制有兩種最基本形式：反饋控制與超前控制。

反饋控制系統包括誤差傳感器，控制裝置和揚聲器。誤差傳感器測量信號，輸入到控制裝置，再推動揚聲器，產生一個與前行主聲源的聲波幅度相等而相位相反的次聲源。主聲源的聲波與次聲源的聲波在誤差傳聲器的位置抵消，達到消音目的。

超前控制系統含有誤差傳感器，控制裝置、揚聲器和參考傳感器。參考信號與誤差信號同時傳遞到控制裝置，然后再推動揚聲器產生次聲源。超前控制系統與反饋系統的根本不同是超前系統采用了參考信號。這樣系統遇到微小的干擾時，它可以自我調節。

2 主動噪聲控制系統在艦艇動力裝置上的設計應用

針對不同的控制對象，反饋控制與超前控制都可運用于艦艇動力裝置的噪聲處理。根據具體應用范圍的不同，可分為以下三類。

2.1 附加能源型控制系統

圖1表示一個主機設備主動噪聲控制系統。主機設備通過隔振器安放在基座上，其振動通過隔振器傳到基座，同時船體其它結構或設備的振動也通過隔振器等部件傳遞到基座。為了減小這些振動，一個主動控制系統裝在基座上，并產生一個相位與源振動相差180°的力來抵消一部分振動。這個控制力是由一個額外能量供應系統來提供的。

這種系統的好處是可以有效地控制振動與噪聲，其缺陷是增加了額外的能源供應系統、降低了系統的可靠性、維修性等。

2.2 獨立蓄能型控制系統

針對附加能源型控制系統的缺點，可適當改進后，可形成如圖2所示的閉環的獨立蓄能型控制系統。比較圖2與圖1，其差別是在獨立蓄能型控制系統中，沒有附加的能源供應系統。獨立蓄能型控制系統中的激勵力來自振動系統本身的能量。當系統振動時，一部分能量儲存起來，經過控制器調節后，在適當的時候釋放出來抵消傳遞到基座或設備上的振動。

3 綜合型主動噪聲控制系統

對于需多工況、多頻段工作的重要動力裝置相關設備，如主機、空壓機、大功率水泵等，其低頻或高頻噪聲均可能不定期出現，不能單一處理[4-5]。因此，考慮到附加能源型與獨立蓄能型控制系統的優缺點并加以改進，可設計如圖3所示的綜合型主動噪聲控制系統，用于對抗復雜振動噪聲。該型系統的特點是除安裝了激勵控制設備以外，另設置了一個識頻控制器。識頻控制器主要負責接受傳感器發送的頻率信息，并結合動力設備與噪聲控制系統的工作特性參數判斷是否啟動附加能源系統，當動力設備處于低頻段時，識頻控制器關閉附加能源系統，整個噪聲控制系統則變為獨立蓄能型控制系統;當動力設備頻段超過一定界限，處于高頻段時，識頻控制器啟動附加能源系統，整個噪聲控制系統則變為附加能源型控制系統。

參考文獻

[1] 吉桂明.動力裝置的減振和降噪[J].熱能動力工程，2009（2）.

[2] 史斌杰，吳瑩.Visual Basic.NET在船舶動力裝置管路系統技術設計中的應用[C]//中國造船工程學會學術論文集.2010.

[3] 周炎.船舶低噪聲設計技術研究[J].上海造船，2010（1）.

[4] 鄒春平，陳端石.船舶結構振動特性研究[J].船舶力學，2003（2）.

[5] 牛軍川，宋孔杰.船載柴油機浮筏隔振系統的主動控制策略研究[J].內燃機學報，2007（3）.endprint

摘 要：分析了主動噪聲控制系統的原理，以艦艇動力裝置為例，說明了主動噪聲控制技術在設計與安裝上的應用特點，給出了綜合型主動噪聲控制系統的應用方法及優勢。

關鍵詞：主動噪聲控制 ?動力裝置 ?振動激勵

中圖分類號：U66 ? ?文獻標識碼：A ?文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0050-01

在傳輸途徑中對噪聲加以控制是動力裝置噪聲控制的最常用方法[1]。目前對空氣噪聲一般采取消聲、隔聲和吸聲處理;而對結構噪聲的主要隔聲措施是減振、隔振等。上述方法雖然對削弱動力裝置的傳遞噪聲有明顯作用，但終歸屬于被動降噪方式，對噪聲聲源未能起到有效控制作用。隨著噪聲控制要求的不斷增高，上述傳統降噪技術的實現成本日益增大，而效果則接近極限。因此，加強對主動噪聲控制方法[2-3]的研究，在動力裝置設計之初考慮其聲學控制性能指標，便愈加顯得重要。

1 主動噪聲控制原理

主動噪聲控制有兩種最基本形式：反饋控制與超前控制。

反饋控制系統包括誤差傳感器，控制裝置和揚聲器。誤差傳感器測量信號，輸入到控制裝置，再推動揚聲器，產生一個與前行主聲源的聲波幅度相等而相位相反的次聲源。主聲源的聲波與次聲源的聲波在誤差傳聲器的位置抵消，達到消音目的。

超前控制系統含有誤差傳感器，控制裝置、揚聲器和參考傳感器。參考信號與誤差信號同時傳遞到控制裝置，然后再推動揚聲器產生次聲源。超前控制系統與反饋系統的根本不同是超前系統采用了參考信號。這樣系統遇到微小的干擾時，它可以自我調節。

2 主動噪聲控制系統在艦艇動力裝置上的設計應用

針對不同的控制對象，反饋控制與超前控制都可運用于艦艇動力裝置的噪聲處理。根據具體應用范圍的不同，可分為以下三類。

2.1 附加能源型控制系統

圖1表示一個主機設備主動噪聲控制系統。主機設備通過隔振器安放在基座上，其振動通過隔振器傳到基座，同時船體其它結構或設備的振動也通過隔振器等部件傳遞到基座。為了減小這些振動，一個主動控制系統裝在基座上，并產生一個相位與源振動相差180°的力來抵消一部分振動。這個控制力是由一個額外能量供應系統來提供的。

這種系統的好處是可以有效地控制振動與噪聲，其缺陷是增加了額外的能源供應系統、降低了系統的可靠性、維修性等。

2.2 獨立蓄能型控制系統

針對附加能源型控制系統的缺點，可適當改進后，可形成如圖2所示的閉環的獨立蓄能型控制系統。比較圖2與圖1，其差別是在獨立蓄能型控制系統中，沒有附加的能源供應系統。獨立蓄能型控制系統中的激勵力來自振動系統本身的能量。當系統振動時，一部分能量儲存起來，經過控制器調節后，在適當的時候釋放出來抵消傳遞到基座或設備上的振動。

3 綜合型主動噪聲控制系統

對于需多工況、多頻段工作的重要動力裝置相關設備，如主機、空壓機、大功率水泵等，其低頻或高頻噪聲均可能不定期出現，不能單一處理[4-5]。因此，考慮到附加能源型與獨立蓄能型控制系統的優缺點并加以改進，可設計如圖3所示的綜合型主動噪聲控制系統，用于對抗復雜振動噪聲。該型系統的特點是除安裝了激勵控制設備以外，另設置了一個識頻控制器。識頻控制器主要負責接受傳感器發送的頻率信息，并結合動力設備與噪聲控制系統的工作特性參數判斷是否啟動附加能源系統，當動力設備處于低頻段時，識頻控制器關閉附加能源系統，整個噪聲控制系統則變為獨立蓄能型控制系統;當動力設備頻段超過一定界限，處于高頻段時，識頻控制器啟動附加能源系統，整個噪聲控制系統則變為附加能源型控制系統。

參考文獻

[1] 吉桂明.動力裝置的減振和降噪[J].熱能動力工程，2009（2）.

[2] 史斌杰，吳瑩.Visual Basic.NET在船舶動力裝置管路系統技術設計中的應用[C]//中國造船工程學會學術論文集.2010.

[3] 周炎.船舶低噪聲設計技術研究[J].上海造船，2010（1）.

[4] 鄒春平，陳端石.船舶結構振動特性研究[J].船舶力學，2003（2）.

[5] 牛軍川，宋孔杰.船載柴油機浮筏隔振系統的主動控制策略研究[J].內燃機學報，2007（3）.endprint