[发明专利]一种自适应有源前馈控制的双声源驱动热声系统

说明书

本发明公开了一种自适应有源前馈控制的双声源驱动热声系统，所述系统包括：双声源驱动子系统、自适应有源前馈控制子系统和热声子系统；所述双声源驱动子系统包括：声源信号(7)、功率放大器(8)和两个扬声器(10)；所述声源信号(7)经由功率放大器(8)进行放大，通过两个扬声器(10)输入到热声子系统；所述热声子系统包括回热器(3)，所述回热器的左右两端各设置一个谐振管(1)，分别与一个扬声器(10)连接；所述自适应有源前馈控制子系统用于接收扬声器(10)和回热器(3)的信号，处理后输出两路信号至两个扬声器(10)，用于调节回热器(3)的声场边界条件。本发明的系统可以实现回热器内部声场边界条件的动态、精确调制。

技术领域

本发明主要涉及热声热机、热力学、流体力学、自动控制和声学领域，特别涉及一种自适应有源前馈控制的双声源驱动热声系统。

背景技术

热声热机是一种新型高效热机，它利用物理中的热声现象，使工作气体在回热器的微结构通道内完成介观层面上的热力学微循环，直接实现热能与声能的相互转换。根据热声学理论，气固热量交换与压力振荡之间要保持合适的相位，才能使热声效应得以强化。回热器工作于热声热机的谐振管中，热声热机系统通过声场的相位调节实现回热器内温度波动和流体振荡的耦合。因此，回热器所处的声场边界条件对回热器的工作有着重要的作用，对提高热机效率、实现工程应用具有重要意义。

回热器与声场边界条件的匹配是热声学里一个重要而具有挑战性的问题。传统的热声热机结构单一，在回热器声场调节方面能力有限。基于动边界阻抗可调的想法，参考文献(参考文献[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 2709-2719,2011.参考文献[2]：周立华，谢秀娟，李雷，李青，双声源驱动热声系统声场调制研究，工程热物理学报，01：27～32，2012.参考文献[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.)提出了采用对置式双声源驱动的热声系统对回热器内的声场条件进行主动调制的概念。采用双声源法进行回热器声场调制，理论推导了声源驱动、声压、速度之间的关系式，实现了回热器声场边界的理论调制。研制了一套双声源驱动的热声实验系统，开展了回热器声场调制的实验研究，并分析了双声源热声系统声场调制的一般规律、以及各个参数对声场调制的影响。但是需要指出的是，上述参考文献中的双声源驱动热声系统中的回热器与声场的匹配其实是多参数匹配问题，由于调控的参数较多，采用手动的办法即费时间又不精确，且声场还有可能随外界干扰而发生振荡，不能稳定。

70年代中期发展起来的自适应有源噪声控制(Adapitve Active Niose Conotrl，简称AANC)方法，控制器能主动地调节次级声信号的幅度和相位，跟踪噪声源及环境参数的变化，从而确保次级噪声有效地抵消初级噪声，提高了降噪效果。自适应有源噪声控制，采用数字信号处理和自适应控制理论，针对各类噪声的特殊条件和专门的控制要求，根据被控制声场的性质，采用自适应控制技术来改变其特性，降低低频噪声，详见参考文献[4](陈克安，《自适应有源噪声控制—原理、算法及实现》)。双声源驱动热声系统的目的是要在回热器处调制出期望的声场边界条件；而管道内的有源噪声控制系统的目的是要在管道特定位置消除噪声，其实质也是对管道中某处的声场进行调节，使该处声压为零、或功率谱最小，已达到消噪的目的。因此，可以看出，这两个系统的目的具有共同之处；不同的是，有源噪声控制系统中一般没有类似于回热器这样的部件，即使有也不考虑温度对声场的影响，而热声系统中要充分考虑回热器温度对声场的影响，因此双声源驱动的热声系统进行回热器的声场边界条件调制时更加困难。

发明内容