舰艇动力装置主动噪声控制技术研究

闾晨光

摘 要：分析了主动噪声控制系统的原理，以舰艇动力装置为例，说明了主动噪声控制技术在设计与安装上的应用特点，给出了综合型主动噪声控制系统的应用方法及优势。

关键词：主动噪声控制  动力装置  振动激励

中图分类号：U66    文献标识码：A  文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0050-01

在传输途径中对噪声加以控制是动力装置噪声控制的最常用方法[1]。目前对空气噪声一般采取消声、隔声和吸声处理;而对结构噪声的主要隔声措施是减振、隔振等。上述方法虽然对削弱动力装置的传递噪声有明显作用，但终归属于被动降噪方式，对噪声声源未能起到有效控制作用。随着噪声控制要求的不断增高，上述传统降噪技术的实现成本日益增大，而效果则接近极限。因此，加强对主动噪声控制方法[2-3]的研究，在动力装置设计之初考虑其声学控制性能指标，便愈加显得重要。

1 主动噪声控制原理

主动噪声控制有两种最基本形式：反馈控制与超前控制。

反馈控制系统包括误差传感器，控制装置和扬声器。误差传感器测量信号，输入到控制装置，再推动扬声器，产生一个与前行主声源的声波幅度相等而相位相反的次声源。主声源的声波与次声源的声波在误差传声器的位置抵消，达到消音目的。

超前控制系统含有误差传感器，控制装置、扬声器和参考传感器。参考信号与误差信号同时传递到控制装置，然后再推动扬声器产生次声源。超前控制系统与反馈系统的根本不同是超前系统采用了参考信号。这样系统遇到微小的干扰时，它可以自我调节。

2 主动噪声控制系统在舰艇动力装置上的设计应用

针对不同的控制对象，反馈控制与超前控制都可运用于舰艇动力装置的噪声处理。根据具体应用范围的不同，可分为以下三类。

2.1 附加能源型控制系统

图1表示一个主机设备主动噪声控制系统。主机设备通过隔振器安放在基座上，其振动通过隔振器传到基座，同时船体其它结构或设备的振动也通过隔振器等部件传递到基座。为了减小这些振动，一个主动控制系统装在基座上，并产生一个相位与源振动相差180°的力来抵消一部分振动。这个控制力是由一个额外能量供应系统来提供的。

这种系统的好处是可以有效地控制振动与噪声，其缺陷是增加了额外的能源供应系统、降低了系统的可靠性、维修性等。

2.2 独立蓄能型控制系统

针对附加能源型控制系统的缺点，可适当改进后，可形成如图2所示的闭环的独立蓄能型控制系统。比较图2与图1，其差别是在独立蓄能型控制系统中，没有附加的能源供应系统。独立蓄能型控制系统中的激励力来自振动系统本身的能量。当系统振动时，一部分能量储存起来，经过控制器调节后，在适当的时候释放出来抵消传递到基座或设备上的振动。

3 综合型主动噪声控制系统

对于需多工况、多频段工作的重要动力装置相关设备，如主机、空压机、大功率水泵等，其低频或高频噪声均可能不定期出现，不能单一处理[4-5]。因此，考虑到附加能源型与独立蓄能型控制系统的优缺点并加以改进，可设计如图3所示的综合型主动噪声控制系统，用于对抗复杂振动噪声。该型系统的特点是除安装了激励控制设备以外，另设置了一个识频控制器。识频控制器主要负责接受传感器发送的频率信息，并结合动力设备与噪声控制系统的工作特性参数判断是否启动附加能源系统，当动力设备处于低频段时，识频控制器关闭附加能源系统，整个噪声控制系统则变为独立蓄能型控制系统;当动力设备频段超过一定界限，处于高频段时，识频控制器启动附加能源系统，整个噪声控制系统则变为附加能源型控制系统。

参考文献

[1] 吉桂明.动力装置的减振和降噪[J].热能动力工程，2009（2）.

[2] 史斌杰，吴莹.Visual Basic.NET在船舶动力装置管路系统技术设计中的应用[C]//中国造船工程学会学术论文集.2010.

[3] 周炎.船舶低噪声设计技术研究[J].上海造船，2010（1）.

[4] 邹春平，陈端石.船舶结构振动特性研究[J].船舶力学，2003（2）.

[5] 牛军川，宋孔杰.船载柴油机浮筏隔振系统的主动控制策略研究[J].内燃机学报，2007（3）.endprint

摘 要：分析了主动噪声控制系统的原理，以舰艇动力装置为例，说明了主动噪声控制技术在设计与安装上的应用特点，给出了综合型主动噪声控制系统的应用方法及优势。

关键词：主动噪声控制  动力装置  振动激励

中图分类号：U66    文献标识码：A  文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0050-01

在传输途径中对噪声加以控制是动力装置噪声控制的最常用方法[1]。目前对空气噪声一般采取消声、隔声和吸声处理;而对结构噪声的主要隔声措施是减振、隔振等。上述方法虽然对削弱动力装置的传递噪声有明显作用，但终归属于被动降噪方式，对噪声声源未能起到有效控制作用。随着噪声控制要求的不断增高，上述传统降噪技术的实现成本日益增大，而效果则接近极限。因此，加强对主动噪声控制方法[2-3]的研究，在动力装置设计之初考虑其声学控制性能指标，便愈加显得重要。

1 主动噪声控制原理

主动噪声控制有两种最基本形式：反馈控制与超前控制。

反馈控制系统包括误差传感器，控制装置和扬声器。误差传感器测量信号，输入到控制装置，再推动扬声器，产生一个与前行主声源的声波幅度相等而相位相反的次声源。主声源的声波与次声源的声波在误差传声器的位置抵消，达到消音目的。

超前控制系统含有误差传感器，控制装置、扬声器和参考传感器。参考信号与误差信号同时传递到控制装置，然后再推动扬声器产生次声源。超前控制系统与反馈系统的根本不同是超前系统采用了参考信号。这样系统遇到微小的干扰时，它可以自我调节。

2 主动噪声控制系统在舰艇动力装置上的设计应用

针对不同的控制对象，反馈控制与超前控制都可运用于舰艇动力装置的噪声处理。根据具体应用范围的不同，可分为以下三类。

2.1 附加能源型控制系统

图1表示一个主机设备主动噪声控制系统。主机设备通过隔振器安放在基座上，其振动通过隔振器传到基座，同时船体其它结构或设备的振动也通过隔振器等部件传递到基座。为了减小这些振动，一个主动控制系统装在基座上，并产生一个相位与源振动相差180°的力来抵消一部分振动。这个控制力是由一个额外能量供应系统来提供的。

这种系统的好处是可以有效地控制振动与噪声，其缺陷是增加了额外的能源供应系统、降低了系统的可靠性、维修性等。

2.2 独立蓄能型控制系统

针对附加能源型控制系统的缺点，可适当改进后，可形成如图2所示的闭环的独立蓄能型控制系统。比较图2与图1，其差别是在独立蓄能型控制系统中，没有附加的能源供应系统。独立蓄能型控制系统中的激励力来自振动系统本身的能量。当系统振动时，一部分能量储存起来，经过控制器调节后，在适当的时候释放出来抵消传递到基座或设备上的振动。

3 综合型主动噪声控制系统

对于需多工况、多频段工作的重要动力装置相关设备，如主机、空压机、大功率水泵等，其低频或高频噪声均可能不定期出现，不能单一处理[4-5]。因此，考虑到附加能源型与独立蓄能型控制系统的优缺点并加以改进，可设计如图3所示的综合型主动噪声控制系统，用于对抗复杂振动噪声。该型系统的特点是除安装了激励控制设备以外，另设置了一个识频控制器。识频控制器主要负责接受传感器发送的频率信息，并结合动力设备与噪声控制系统的工作特性参数判断是否启动附加能源系统，当动力设备处于低频段时，识频控制器关闭附加能源系统，整个噪声控制系统则变为独立蓄能型控制系统;当动力设备频段超过一定界限，处于高频段时，识频控制器启动附加能源系统，整个噪声控制系统则变为附加能源型控制系统。

参考文献

[1] 吉桂明.动力装置的减振和降噪[J].热能动力工程，2009（2）.

[2] 史斌杰，吴莹.Visual Basic.NET在船舶动力装置管路系统技术设计中的应用[C]//中国造船工程学会学术论文集.2010.

[3] 周炎.船舶低噪声设计技术研究[J].上海造船，2010（1）.

[4] 邹春平，陈端石.船舶结构振动特性研究[J].船舶力学，2003（2）.

[5] 牛军川，宋孔杰.船载柴油机浮筏隔振系统的主动控制策略研究[J].内燃机学报，2007（3）.endprint

摘 要：分析了主动噪声控制系统的原理，以舰艇动力装置为例，说明了主动噪声控制技术在设计与安装上的应用特点，给出了综合型主动噪声控制系统的应用方法及优势。

关键词：主动噪声控制  动力装置  振动激励

中图分类号：U66    文献标识码：A  文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0050-01

在传输途径中对噪声加以控制是动力装置噪声控制的最常用方法[1]。目前对空气噪声一般采取消声、隔声和吸声处理;而对结构噪声的主要隔声措施是减振、隔振等。上述方法虽然对削弱动力装置的传递噪声有明显作用，但终归属于被动降噪方式，对噪声声源未能起到有效控制作用。随着噪声控制要求的不断增高，上述传统降噪技术的实现成本日益增大，而效果则接近极限。因此，加强对主动噪声控制方法[2-3]的研究，在动力装置设计之初考虑其声学控制性能指标，便愈加显得重要。

1 主动噪声控制原理

主动噪声控制有两种最基本形式：反馈控制与超前控制。

反馈控制系统包括误差传感器，控制装置和扬声器。误差传感器测量信号，输入到控制装置，再推动扬声器，产生一个与前行主声源的声波幅度相等而相位相反的次声源。主声源的声波与次声源的声波在误差传声器的位置抵消，达到消音目的。

超前控制系统含有误差传感器，控制装置、扬声器和参考传感器。参考信号与误差信号同时传递到控制装置，然后再推动扬声器产生次声源。超前控制系统与反馈系统的根本不同是超前系统采用了参考信号。这样系统遇到微小的干扰时，它可以自我调节。

2 主动噪声控制系统在舰艇动力装置上的设计应用

针对不同的控制对象，反馈控制与超前控制都可运用于舰艇动力装置的噪声处理。根据具体应用范围的不同，可分为以下三类。

2.1 附加能源型控制系统

图1表示一个主机设备主动噪声控制系统。主机设备通过隔振器安放在基座上，其振动通过隔振器传到基座，同时船体其它结构或设备的振动也通过隔振器等部件传递到基座。为了减小这些振动，一个主动控制系统装在基座上，并产生一个相位与源振动相差180°的力来抵消一部分振动。这个控制力是由一个额外能量供应系统来提供的。

这种系统的好处是可以有效地控制振动与噪声，其缺陷是增加了额外的能源供应系统、降低了系统的可靠性、维修性等。

2.2 独立蓄能型控制系统

针对附加能源型控制系统的缺点，可适当改进后，可形成如图2所示的闭环的独立蓄能型控制系统。比较图2与图1，其差别是在独立蓄能型控制系统中，没有附加的能源供应系统。独立蓄能型控制系统中的激励力来自振动系统本身的能量。当系统振动时，一部分能量储存起来，经过控制器调节后，在适当的时候释放出来抵消传递到基座或设备上的振动。

3 综合型主动噪声控制系统

对于需多工况、多频段工作的重要动力装置相关设备，如主机、空压机、大功率水泵等，其低频或高频噪声均可能不定期出现，不能单一处理[4-5]。因此，考虑到附加能源型与独立蓄能型控制系统的优缺点并加以改进，可设计如图3所示的综合型主动噪声控制系统，用于对抗复杂振动噪声。该型系统的特点是除安装了激励控制设备以外，另设置了一个识频控制器。识频控制器主要负责接受传感器发送的频率信息，并结合动力设备与噪声控制系统的工作特性参数判断是否启动附加能源系统，当动力设备处于低频段时，识频控制器关闭附加能源系统，整个噪声控制系统则变为独立蓄能型控制系统;当动力设备频段超过一定界限，处于高频段时，识频控制器启动附加能源系统，整个噪声控制系统则变为附加能源型控制系统。

参考文献

[1] 吉桂明.动力装置的减振和降噪[J].热能动力工程，2009（2）.

[2] 史斌杰，吴莹.Visual Basic.NET在船舶动力装置管路系统技术设计中的应用[C]//中国造船工程学会学术论文集.2010.

[3] 周炎.船舶低噪声设计技术研究[J].上海造船，2010（1）.

[4] 邹春平，陈端石.船舶结构振动特性研究[J].船舶力学，2003（2）.

[5] 牛军川，宋孔杰.船载柴油机浮筏隔振系统的主动控制策略研究[J].内燃机学报，2007（3）.endprint