主要完成人：裘进浩、季宏丽、吴义鹏、张超

完成单位：南京航空航天大学

项目及成果简介：在航空航天领域中，由于振动产生的事故屡见不鲜，结构振动产生的结构疲劳破坏成为了结构安全的重大威胁之一。结构的振动还会对内部环境产生进一步的影响，同时影响精密设备的工作。结构的高效、智能、自适应振动控制已成为了未来飞行器设计的关键技术之一。项目从理论推导、数值仿真和实验验证及工程应用四个方面，对压电元件振动噪声控制方法进行了系统深入的研究，在建模分析、稳定性提升、性能改进、系统集成与应用等方面取得了一系列进展，主要创新性成果如下：

(1)在主动控制方面，发现了自感知同位控制时存在局部应变效应，提出了基于神经网络进行自感知传感与驱动信号的分离方法。提出了不需要外置声学传感器对结构噪声进行控制的新概念，利用嵌入式压电传感器输出的信号和神经网络识别结构周围噪声场的声压的方法，并以此设计了结构噪声主动控制新系统。针对实际工作环境中压电智能结构存在多种不确定性和耦合等特点，提出了多种复合振动主动控制新方法，并从理论和实验上分析了系统的稳定性和优越性。

(2)在半主动控制方面，建立了同步开关阻尼半主动控制系统的机电耦合和能量转换模型，揭示了开关切换频率和相位等对控制效果的影响机理，发现了模态耦合的条件；提出了四种自适应半主动控制新算法，大幅度提高了系统的鲁棒性和控制效果。发明了负电容开关阻尼半主动振动控制技术，揭示了负电容/切换频率对控制效果和转换能量的影响规律，突破了传统半主动方法控制效果易受电感品质因子和开关切换频率影响的技术瓶颈。提出了非对称切换条件下的能量转换理论，发明了非对称同步开关阻尼半主动振动控制技术，构建了超高压非对称半主动振动控制系统，充分发挥了压电器件的驱动能力，控制效果相比传统的对称半主动方法提高2倍。

（3）在被动方面，提出了声学黑洞结构设计思想对波的传播进行操控的方法。建立了基于拉格朗日变分原理的ABH结构半解析耦合模型，提出了适用于ABH结构中波数急剧变化的Mexican小波形函数选取方法，克服了传统解析建模中存在的不足；提出了功率流和波传播轨迹的数值计算方法，预测了能量聚集的位置和范围，大大减小了有限元数值仿真的工作量；提出了激光超声非接触式测量方法，获得了ABH结构中波的传播过程与能量聚集效应，揭示了黑洞效应的物理机制；提出了含有截断的非理想型ABH结构构型以及复合ABH结构构型，克服了理想的ABH结构无法实现，且不满足强度设计要求的缺点；揭示了新ABH结构的力学特性与声学特性，为结构减振降噪提供了新理论、新方法和新技术。

（4）在控制系统的小型化与集成应用方面，提出了多种能量回收技术，新方法相比传统能量回收技术功率提高了3倍以上，且克服了原有串联同步开关电感方法回收功率随负载变化的缺点。研制出多种能量自给的半主动振动控制装置，突破了结构振动控制系统小型化和低功耗的关键技术，研制的控制系统重量小于3kg，功耗低于10W；并在中国飞机强度研究所、中国空间技术研究院、商飞北研中心等单位取得了应用，如支线飞机壁板和大型柔性天线展开臂的振动控制，以及宽体飞机的减振降噪等，均取得了良好的控制效果。

研究成果具有完全的自主知识产权，申请发明专利24项，已获授权专利13项，发表学术论文90余篇，其中SCI收录40篇，SCI他引200余次。获全国优秀博士学位论文、南京市优秀论文二等奖和三等奖各1项等。

本项目的研究成果不仅在航空航天领域应用广泛，还可以拓展到交通运输、微电子、土木建筑等领域减振降噪的应用中。不仅可以实现薄壁结构的减振降噪，还可以用于涡激振动抑制问题等。