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多智能体的振动噪声前馈主动控制技术 DOI：10.16385/jki.issn.1004-4523.2017.01.009 引言 与振动噪声主动控制发展的长久历史、 人力物力的大量投入 相比，主动控制技术的实用化进程目前还没达到人们最初的预 期，主要原因是很多研究成功的主动控制系统在稳定性、 通用性、 安装维护便利性等方面存在某一项或几项缺点， 严重制约了它们 的推广应用。 由此考虑综合多智能体技术与自适应前馈算法建立 振动噪声主动控制系统，以期解决上述难题，实现以车厢、机舱 等为研究背景的复杂封闭空间智能降噪。 智能体能在特定环境下感知环境， 并能自治地运行以代表其 设计者或使用者实现一系列目标的实体或计算程序。 智能体具有 自治性、 主动性和社会性等特性， 被看成是多智能体系统的微观 层次， 可以实施要求一定“智商”的特定的功能； 而有关智能体 问的关系研究则构成多智能体系统的宏观层次， 其特点在于通过 对各层次智能体的组织与协作， 完成那些需要更高灵活性、 环境 适应性以及柔性的综合功能。 目前基于多智能体的控制技术正受 到控制学术界和工程应用界极大关注。 在振动噪声控制研究领域中， 控制算法是至关重要的。 有源 声控制普遍采用自适应前馈 FxLMS（ Filtered-x Least Mean Square， x 滤波最小均方）算法，并且基于此算法的产品已推向 市场。振动噪声主动控制大多也采用该算法。 它的缺点是鲁棒性 差、对控制通道误差敏感， 因此对它的性能分析和改进一直是热 点问题。同时，由于复杂结构与声场耦合导致的高维动态系统、 恶劣变化的环境、 问接传感机制以及尚不完善的建模工具所必然 导致的物理模型不确定性等诸多因素的影响， 使得控制系统的通 用性和稳定性成为其能否应用于实践的关键因素。 目前， 振动噪 声主动控制领域用到的算法还有：鲁棒H^控制理论、遗传算法 等，但需要克服它们计算量大、实时性差等缺点。本文综合自适 应前馈FxLMS空制算法及其智能体的智能应激反应算法形成控 制器的核心软件部分， 以解决不确定性干扰导致的系统自适应和 稳定性等问题。 另外，智能体的模块化及其控制框架的设计可实 现系统的强可扩展性。 目前传统振动噪声主动控制大多是在整体系统单一层次进 行建模， 尽管这种方法设计思路简单明确， 但对复杂高维耦合连 续分布参数结构系统，实践证明其控制效果并不理想。同时，系 统大多采用分布式控制， 导致其难以大规模工程应用。 因为系统 中各控制单元尽管有共同的控制目标， 但缺乏交流与合作的灵活 性，难以适应复杂耦合系统的稳定状态对随机干扰的敏感性。 因 此如何解决控制单元和整体控制架构之间的冲突与协调问题成 为关键技术。 针对复杂耦合系统， 国际最新的技术趋势是分布控 制若干“机敏单元”， 实现对高维耦合系统的动力学特征或过程 的控制。 本文研究符合这一趋势， 提出基于多智能体的振动噪声 主动控制技术。 智能体之间能够交互的复杂模式适合解决分布式 控制问题，尤其适合控制和求解数据等在本质上是分布式的问 题，并能够提供高稳定性和高效率的解决方法。 综上所述， 针对高维耦合分布参数复杂结构系统， 应不再遵 循传统主动控制只在整体单一层次建模分析并设计控制系统的 思路，在控制逻辑和设计方法上， 将多智能体理论和自适应控制 算法有机结合起来以解决复杂分布式振动噪声控制问题， 追求使 系统具有更好自适应能力和稳定性， 真正使振动噪声主动控制对 复杂结构系统成为可行并应用于工程实践。 1. 声场模型 国内外研究人员在分析封闭空腔内声场时， 大多选取全刚性 壁或最多只含一块弹性壁的封闭空腔作为研究对象， 但现实生活 中的封闭空腔，比如车厢、机舱等都是由多块弹性壁组成。为了 更好模拟实际封闭空腔的声场， 本文选取声场模型为由 2 块简支 撑弹性板和 4 块刚性板组成的矩形封闭空腔， 如图 1 所示。考虑 弹性板的简支撑边界条件是因为一个简支撑矩形板比较接近许 多实际结构的状态。两弹性板分别被标记为板 a 和板 6，其所在 位置坐标分别为 x=Lz=Lx 和 y=Ly 性板均假设为各向同性。矩形 腔的长、宽、高分别为0.868 , 1.15, 1.0m。弹性板均为铝板， 其弹性模量E=71GPa质量密度p仁2700kg/m3,泊松比u=0.3。 铝板厚度主要对结构模态产生影响， 当结构模态变化时腔内主导 振动噪声会随之变化。 本文方法具有一定通用性和可扩展性， 易 于解决此类情况，故板 a和板6的厚度不妨均取6mm声速为 c=344m/s，空气的质量密度 p=1.21kg/m3。 一外部声场作用在板 a 上，使得板 a 向腔内辐射振动噪声。 外部声场假设为一平面波 Pin，入射角度为B =45° （与水平面 之间

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