汽車內部噪聲主動控制實驗系統(tǒng)設計

　　本控制實驗系統(tǒng)主要由4部分組成：汽車被控系統(tǒng)模型（含執(zhí)行器）、外部聲源、控制器和信號監(jiān)視（含傳感器），如圖7所示。需要說明的一點是：在控制系統(tǒng)中，被控汽車模型包含多塊鋁板，在此為了表達方便，只畫出其中一塊。

　　在實驗系統(tǒng)中，采用外部揚聲器模擬艙體從外部受到的激勵。揚聲器發(fā)出的聲波迫使汽車模型的一個由鋁板構成的面發(fā)生受迫振動，從而使汽車內部出現(xiàn)較大的噪聲；當放置在箱體內部指定位置的聲壓傳感器檢測到該處的聲壓變化，就把最新的聲壓值向DSP控制器傳送，控制器根據(jù)此時系統(tǒng)的輸入和輸出情況，及時做出判斷，對系統(tǒng)施加控制，此控制功能是通過粘貼在封閉艙體薄鋁板壁上的PZT執(zhí)行器完成的，因為PZT在控制信號的作用下能夠產生振動能量，同樣使鋁板受迫振動，以此來降低汽車內部指定位置的噪聲。

圖7 實驗系統(tǒng)組成示意圖

　　1 汽車被控系統(tǒng)模型

　　由于本設計是針對汽車內部噪聲展開的，為了研究方便，采用了粗略的轎車模型作為被控對象。該模型的四面由1mm的鋁板組成,在車身上和車身內部安裝有控制傳感器,其中該控制系統(tǒng)的執(zhí)行器是PZT，對稱地安裝在模型上。

　　由于壓電陶瓷具有把電能轉變?yōu)闄C械能的能力，因此當應用系統(tǒng)通電給壓電陶瓷時，材料的自發(fā)偶極矩發(fā)生變化，從而使材料的尺寸發(fā)生改變，這種效應可在 20ms內產生50μm的位移，響應速度之快是其他材料無法比擬的，而且頻帶很寬，對溫度不敏感，隨著加壓次數(shù)的增加，性能趨于穩(wěn)定，并且容易集成，是高精度、高速驅動器所必須的材料。本設計選用了壓電材料PZT作為執(zhí)行器。

　　2 外部聲源

　　實驗中的外部聲源是由揚聲器代替的，揚聲器由信號發(fā)生器發(fā)出的信號經過功率放大器后驅動。

　　3 智能控制器

　　以TMS320F2812DSP芯片為核心的智能控制器既可以脫機獨立自主運行又可以通過USB接口在線仿真。

　　4 信號監(jiān)視器

　　為了能夠監(jiān)視箱內的控制誤差信號和壓電片驅動信號并進行信號處理，本控制系統(tǒng)的信號監(jiān)視器采用了自行開發(fā)的多功能信號采集和處理系統(tǒng)。

　　本設計所選用的座位傳感器的壓電材料為壓電薄膜PVDF，PVDF感知的信號作為系統(tǒng)的參考信號。PVDF很薄、柔軟、密度低且靈敏度很高，其機械柔韌性比壓電陶瓷高10倍。PVDF壓電材料的壓電性比石英高3～5倍，壓電系數(shù)更高，可貼在物體表面。

結論

　　本文以TMS320F2812 DSP為基礎設計了既可以脫機獨立自主運行又可以通過USB接口在線仿真的智能控制器。并以該控制器為核心設計了汽車內部噪聲主動智能控制實驗系統(tǒng)。通過理論分析, 該控制系統(tǒng)具有較高的數(shù)據(jù)處理能力和處理速度，因此在實時控制中能夠發(fā)揮重要的作用。