Active control of sounds, vibrations and fluid-structure interactions

声音、振动和流固相互作用的主动控制

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2020-04812
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The domain of my research program will be in the design of devices and controllers for active sound control (ASC), active vibration control (AVC) and control of fluid-structure interaction (FSI). The term control means attenuation of sound and vibration, but it also can be used for the enhancement of the oscillation. The axis on the devices will be on the development of a new high level subband acoustic pneumatic source (e.g. a pneumatic loudspeaker working with compressed air) able to generate a perfectly controlled time-varying amplitude and phase at a given carrier frequency. The challenge will be to drive the instantaneous phasor of the pneumatic source in order to generate a narrowband stochastic signal. The main practical interest of such pneumatic loudspeaker will be to attenuate high level narrow-band sounds in harsh environment (e.g. turbofan). Such new source can also be used for the study of the fluid-structure interaction in mufflers, the characterization of liners, the observation of the mouth noise generation, or for active control of fluid. The axis on the controller will focus on the command of multiple actuators in order to attenuate a pressure sound in far field, but with microphone measurements at a close distance of the actuators. Typically, the control objective will be to minimize the radiated acoustic power which is not equivalent to minimize a norm of outpu. The objective is to develop a generic experimental method to learn (or identify) the internal model that will allow to use the outputs (y) to control the inputs (u) in order to minimize a norm of z. The research will define the limitations of the method in order to provide guidelines about the number and the location of actuators and sensors, and the impact of uncertainties. The method will be first limited to harmonic signal. In practical applications, this research will give knowledge for the design of ASC/AVC with multiples actuators and sensors. Because it will be a generic method, it could be translated in the design of active meta-materials. The axis of FSI will concern the enhancement, or the attenuation, of the oscillatory (or unstable) response of a flexible tube filled with a liquid. The manipulated variable is the unstationnary flow rate, and the observed variable is the parietal pressure. An experimental set-up will be developed to generate different dynamics. A grey-box non-linear modeling approach will be developed to identify the nonlinear model, and to design observers. Finally, an extremum seeking controller will be designed to enhance or to attenuate the instability. The practical main motivation for such active control of FSI is the study of the collapse of the trachea during expiration in total liquid ventilation (when the lungs is ventilated with a breathable liquid). However, the developed knowledge and the experimental set-up will be used in other studies related to similar physiological problems.
我的研究计划的领域将是用于主动声音控制(ASC),主动振动控制(AVC)和流体结构相互作用(FSI)的设备和控制器的设计。术语控制意味着声音和振动的衰减,但也可用于增强振荡。 设备上的轴将是在开发新的高级子带声气源的开发上(例如,与压缩空气一起使用的气动扬声器)能够在给定的载体频率下生成完美控制的时变振幅和相位。挑战将是驱动气动源的瞬时相思,以产生窄带随机信号。这种气动扬声器的主要实际兴趣将是减弱在恶劣环境中(例如Turbofan)中的高水平窄带声音。这种新来源也可以用于研究消音器中流体结构相互作用,衬里的表征,观察口噪声的观察或积极控制流体。 控制器上的轴将集中在多个执行器的指挥上,以减轻远场的压力声音,但在执行器的近距离距离上测量麦克风。通常,控制目标将是最大程度地减少辐射能力,而辐射功率不等于最小化oferpu的标准。目的是开发一种通用实验方法来学习(或识别)内部模型,该模型将允许使用输出(y)控制输入(u),以最大程度地减少z的标准。该研究将定义该方法的局限性,以便提供有关执行器和传感器的数量和位置以及不确定性的影响的指南。该方法将首先仅限于谐波信号。在实际应用中,这项研究将为ASC/AVC与多个执行器和传感器的设计提供知识。因为它将是一种通用方法,所以可以在主动元材料的设计中翻译。 FSI的轴将涉及装有液体的柔性管的振荡(或不稳定)响应的增强或衰减。操纵变量是非洲的流速,观察到的变量是顶压。将开发实验设置以生成不同的动态。将开发一种灰色盒非线性建模方法来识别非线性模型和设计观察者。最后,将设计出一个超级寻求控制器,以增强或减轻不稳定性。这种主动控制FSI的实际主要动机是研究在总液体通风中到期期间气管崩溃的研究(当肺部用透气液体通风时)。但是,开发的知识和实验设置将用于与类似生理问题有关的其他研究。

项目成果

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