多年来,直升机舱内噪声始终是一个令人困扰的问题。在直升机飞行过程中,整个动力传动系统均向直升机机舱内部辐射及传递噪声,使驾乘人员始终处于复杂且恶劣的噪声环境之中,不仅危害驾乘人员的身体健康,影响工作效率,其诱发的结构振动与声疲劳还可能会危及直升机的飞行安全。所以,降低直升机的舱内噪声水平已成为直升机研制工作中最为关键的技术问题之一。通过主动结构声振控制技术抑制主减速器引起的舱内噪声,是实现这一目标行之有效的方式。而智能材料和控制算法的发展逐渐使舱内宽频噪声控制成为可能。本文以减速器齿轮啮合引起的直升机舱内宽频噪声主动控制问题为工程背景,从以振治声的观点进行降噪设计,围绕主动撑杆在主动结构声振控制系统中的应用问题,开展相关研究,包括:主动控制律研究、声振系统动力学建模、主动结构声振控制仿真与试验验证等。主要研究工作包括以下几部分:(1)针对主减速器引起的直升机舱内宽频噪声问题,分析了前馈自适应控制算法难以实现宽频控制的具体原因。在此基础上,提出了主动结构声振控制混合控制算法。该算法通过滤波最小均方算法对基频噪声成分进行有效抑制,而通过专门设计的离散预测滑模反馈控制器对其它较强的宽频噪声成分进行控制,从而达到多频/宽频控制目标。(2)基于直升机声振系统状态空间模型和输入输出模型,设计了离散预测滑模反馈控制器。设计过程首先考虑了控制器的鲁棒性和响应速度,采用了符合这两点要求的离散滑模控制方法,设计了等效滑模控制器。为了提高控制器的复杂信号跟踪能力,在此基础上引入了复杂信号跟踪能力较强的预测控制方法,通过预测模型和滚动优化得到局部最优控制量,并削弱了滑模控制引起的抖振现象。同时,分析了反馈控制器的稳定性、鲁棒性及其多频信号跟踪能力。针对常规滑模控制无法直接用于非最小相位系统的问题,给出了将所设计反馈控制器应用于非最小相位系统控制的方法。(3)根据混合控制算法的基本构架及控制目标,提出了直升机舱内宽频噪声主动控制系统总体方案。以直-11直升机作为仿真和试验控制对象平台,设计了该型直升机模型及相应的减速器和智能撑杆系统。建立了安装有压电作动器的减速器撑杆动力学模型,以及安装有减速器撑杆的模拟机舱声振动力学模型,最终结合结构有限元和声学有限元法,获得了舱内声场分布规律,以及各个激励点到目标振动点或外部声场处的振动/声学传递函数,为主动结构声振控制算法仿真和试验研究提供了支撑。(4)为了验证所提出混合控制律的宽频噪声控制有效性及稳定性,进行了较为全面的算法仿真验证研究。首先进行了振动反馈的宽频控制仿真,分析了该控制策略情况下的控制特点,考察了各主要控制参数对控制效果的影响。进一步,开展了不同状态下以噪声信号作为反馈的仿真研究,以验证算法的宽频控制有效性。仿真结果表明:多种状态下基频噪声可降低30 d B以上,最大可达118 d B;宽频噪声最多可降低约17.5 d B;与振动反馈的控制效果相比,以噪声信号作为反馈的宽频降噪效果更佳。(5)基于直升机舱内宽频噪声主动控制系统总体方案,完成了试验系统的软硬件开发。基于该试验系统,针对主动结构声振控制算法完成了多种典型状态下的宽频噪声控制试验研究,验证了该试验系统的宽频噪声控制有效性。试验结果表明:多种状态下基频噪声可降低15 d B以上,最大可达31 d B;宽频噪声最多可降低约8 d B。对比分析了分别以振动信号和以噪声信号作为反馈的噪声主动控制试验效果,总结出减速器引起的舱内噪声主动控制规律,为深入研究直升机振动与噪声耦合特性提供了指导,并提出了改善控制效果的针对性措施。(6)针对直升机结构振动抑制的需求,将所提出的混合控制律引入直升机结构响应主动控制系统,以验证其可行性和有效性。以一个简化的直升机有限元模型为对象进行了混合控制律仿真,并与并联结构滤波最小均方算法在几种典型状态下进行了控制效果对比,结果表明所设计的混合控制律能同时抑制主通过频率振动和谐波分量,且具有更快的收敛速度和更强的稳定性。进一步,综合考虑直升机实际减振需求,针对自由-自由弹性梁结构的谐波响应开展了不同状态下的振动主动控制试验研究,以验证算法的宽频控制有效性和稳定性,取得了满意的控制效果。本文研究成果将为我国直升机舱内主动降噪系统的研制提供重要的理论分析基础和试验依据。