[發明專利]一種自適應有源前饋控制的雙聲源驅動熱聲系統

有效

• 申請號: 201711193366.5
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN109541938B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 謝秀娟;潘薇;李青;楊少柒
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D23/19
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 魏毅宏

本發明公開了一種自適應有源前饋控制的雙聲源驅動熱聲系統，所述系統包括：雙聲源驅動子系統、自適應有源前饋控制子系統和熱聲子系統；所述雙聲源驅動子系統包括：聲源信號(7)、功率放大器(8)和兩個揚聲器(10)；所述聲源信號(7)經由功率放大器(8)進行放大，通過兩個揚聲器(10)輸入到熱聲子系統；所述熱聲子系統包括回熱器(3)，所述回熱器的左右兩端各設置一個諧振管(1)，分別與一個揚聲器(10)連接；所述自適應有源前饋控制子系統用于接收揚聲器(10)和回熱器(3)的信號，處理后輸出兩路信號至兩個揚聲器(10)，用于調節回熱器(3)的聲場邊界條件。本發明的系統可以實現回熱器內部聲場邊界條件的動態、精確調制。

技術領域

本發明主要涉及熱聲熱機、熱力學、流體力學、自動控制和聲學領域，特別涉及一種自適應有源前饋控制的雙聲源驅動熱聲系統。

背景技術

熱聲熱機是一種新型高效熱機，它利用物理中的熱聲現象，使工作氣體在回熱器的微結構通道內完成介觀層面上的熱力學微循環，直接實現熱能與聲能的相互轉換。根據熱聲學理論，氣固熱量交換與壓力振蕩之間要保持合適的相位，才能使熱聲效應得以強化。回熱器工作于熱聲熱機的諧振管中，熱聲熱機系統通過聲場的相位調節實現回熱器內溫度波動和流體振蕩的耦合。因此，回熱器所處的聲場邊界條件對回熱器的工作有著重要的作用，對提高熱機效率、實現工程應用具有重要意義。

回熱器與聲場邊界條件的匹配是熱聲學里一個重要而具有挑戰性的問題。傳統的熱聲熱機結構單一，在回熱器聲場調節方面能力有限。基于動邊界阻抗可調的想法，參考文獻(參考文獻[1]：Zhou Lihua,Xie Xiujuan,Li Qing,Study of acoustic fieldmodulation in the regenerator by double loudspeakers method,Journal of theAcoustical Society of America,130(5),pp 2709-2719,2011.參考文獻[2]：周立華，謝秀娟，李雷，李青，雙聲源驅動熱聲系統聲場調制研究，工程熱物理學報，01：27～32，2012.參考文獻[3]：Mao Yiyi,Xie Xiujuan,Yang Shaoqi,Li Qing,Study on minor lossesaround the thermoacoustic parallel stack in the oscillatory flow conditions,Physics Procedia 67(2015)485-490.)提出了采用對置式雙聲源驅動的熱聲系統對回熱器內的聲場條件進行主動調制的概念。采用雙聲源法進行回熱器聲場調制，理論推導了聲源驅動、聲壓、速度之間的關系式，實現了回熱器聲場邊界的理論調制。研制了一套雙聲源驅動的熱聲實驗系統，開展了回熱器聲場調制的實驗研究，并分析了雙聲源熱聲系統聲場調制的一般規律、以及各個參數對聲場調制的影響。但是需要指出的是，上述參考文獻中的雙聲源驅動熱聲系統中的回熱器與聲場的匹配其實是多參數匹配問題，由于調控的參數較多，采用手動的辦法即費時間又不精確，且聲場還有可能隨外界干擾而發生振蕩，不能穩定。

70年代中期發展起來的自適應有源噪聲控制(Adapitve Active Niose Conotrl，簡稱AANC)方法，控制器能主動地調節次級聲信號的幅度和相位，跟蹤噪聲源及環境參數的變化，從而確保次級噪聲有效地抵消初級噪聲，提高了降噪效果。自適應有源噪聲控制，采用數字信號處理和自適應控制理論，針對各類噪聲的特殊條件和專門的控制要求，根據被控制聲場的性質，采用自適應控制技術來改變其特性，降低低頻噪聲，詳見參考文獻[4](陳克安，《自適應有源噪聲控制—原理、算法及實現》)。雙聲源驅動熱聲系統的目的是要在回熱器處調制出期望的聲場邊界條件；而管道內的有源噪聲控制系統的目的是要在管道特定位置消除噪聲，其實質也是對管道中某處的聲場進行調節，使該處聲壓為零、或功率譜最小，已達到消噪的目的。因此，可以看出，這兩個系統的目的具有共同之處；不同的是，有源噪聲控制系統中一般沒有類似于回熱器這樣的部件，即使有也不考慮溫度對聲場的影響，而熱聲系統中要充分考慮回熱器溫度對聲場的影響，因此雙聲源驅動的熱聲系統進行回熱器的聲場邊界條件調制時更加困難。

發明內容