Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this study the possible use of smart structures for noise control in a higher order acoustic duct was considered. The best option for this control was the use of axial splitters in the duct in order to prevent higher order mode propagation. It is possible to perform the active noise control in each splitter section by using a single channel control system. The use of smart structures takes advantage of the splitter plate and uses it as the control source, which substitutes the traditional loudspeakers used in active noise control systems. In order to evaluate the possibility of the noise control using smart structures, an analytical model of a thin plate with piezoelectric actuators was built then the acoustic field generated by this vibrating structure inside of the duct was obtained. However, to obtain the acoustic field inside an splitted duct, a numerical method such as the Component Mode Synthesis has to be used. Using the equation of the acoustic field generated in the duct by the plate, it was possible to obtain the acoustic field inside the splitted duct. After that, the active noise control simulations for harmonic excitations were performed and the influence of the size of the plate excited by the PZT actuators was studied. Finally the active control for random noise was simulated, in which the number of actuators in the plate was changed. In conclusion, it is possible to say that the smart structures can be used in active noise control of ducts with splitters and the advantages and disadvantages of the conveyed technique were presented. / Neste trabalho, foi estudada a proposta da utilização de estruturas inteligentes para o controle de ruído em um duto acústico com propagação de modos de alta ordem. A técnica mais adequada para este controle foi o particionamento do duto a fim de planificar as ondas que se propagam. Nesta região particionada, é possível realizar o controle ativo de ruído utilizando apenas um sensor e um atuador para cada lado da partição. A aplicação das estruturas inteligentes é proposta no sentido de aproveitar a placa particionadora para que, com a sua vibração, atuará como a fonte secundária necessária para o controle. Para a avaliação da possibilidade de controle utilizando esta técnica, primeiramente foi modelado o comportamento de uma placa instrumentada com atuadores piezoelétricos e, em seguida, obtida a modelagem analítica do campo sonoro gerado por uma estrutura vibrante no interior de um duto. Porém, a obtenção do campo acústico em um duto particionado não é facilmente obtido, sendo, então, realizada através da técnica de Síntese Modal de Componentes. Utilizando as equações do duto excitado por uma estrutura vibrante na técnica de síntese modal, foi possível obter campo acústico gerado no interior de um duto particionado. A partir disto, foram realizados simulações de controle ativo de ruído variando o trecho da placa a ser excitado para tons puros e para ruídos de banda estreita. Nesta última situação também foi avaliada a influência da quantidade de atuadores instalados. Concluiu-se deste trabalho que é possível a utilização de estruturas inteligentes no controle ativo de ruído em dutos particionados, sendo apresentadas suas vantagens e desvantagens. / Mestre em Engenharia Mecânica

Universidade Federal do Triângulo Mineiro / This work is dedicated to the study of the problem of active noise control, evaluating some numerical and experimental methodologies. The analysis is restricted to the case of noises in ducts, in which the acoustic propagation phenomena are modeled. Four approaches for this type of models are presented. The first one is formulated by using the basic equations of the acoustics. This procedure generates an infinite dimension model of the duct. In the second approach, the infinite model is truncated by using Taylor s series. The third approach performs a modal expansion using the poles of the infinite dimension model, and, in the fourth, it is also considered a modal expansion, but in this case, by taking into account zeros and poles of the infinite dimension model. The four models studied are discussed and compared in the present contribution. A second part of this work is concerned with active noise control techniques. Monochannel (which uses only a loud speaker and a microphone) and multi-channel (which uses several loud speakers and microphones) controllers are studied. The studied active noise controllers use LMS adaptive algorithms. The noise signals are filtered using X-LMS techniques. These types of controller are usually simple and robust. The coefficients of the controller (modeled as a digital filter) are determined by using an online adaptive procedure looking for minimizing the noise levels. The control methodologies are tested numerically by using the mathematical model of the acoustic duct proposed. With the aim of validating experimentally these controllers a test rig instrumented with loud speakers and microphones was built, and the algorithms were implemented using a personal computer. At the remaining, the numerical and experimental results are discussed and some suggestions are presented in order to continue future works. / Este trabalho formula e discorre sobre o problema de controle ativo de ruído e avalia algumas metodologias de controle tanto numérica como experimentalmente. A análise é restrita ao caso de ruídos em dutos, onde o fenômeno da propagação acústico é analiticamente modelado. Apresentam-se quatro abordagens para tal modelagem. A primeira, formulada a partir das equações fundamentais da acústica, gera um modelo de dimensão infinita para o duto. A segunda aproxima o modelo infinito por uma série truncada de Taylor. A terceira formulação realiza uma expansão modal, a partir dos pólos do modelo de dimensão infinita e a quarta, também realiza uma expansão modal, mas considera tanto os pólos como os zeros do modelo infinito dimensional. No trabalho são discutidos e comparados os quatro modelos numéricos propostos. Numa segunda parte este trabalho discorre-se sobre diversas técnicas de controle ativo de ruído em dutos. São estudados controladores do tipo mono canal, que utilizam um sensor e um atuador apenas e controladores do tipo multicanal, com vários sensores e atuadores. Todos os controladores ativos de ruído (CAR) estudados utilizam algoritmos adaptativos do tipo LMS (Least Mean Square) e técnicas de filtragem-X LMS. Este tipo de controlador tem como características marcantes à simplicidade e a robustez. Os coeficientes do controlador, modelado como um filtro digital, são adaptados on-line segundo uma estratégia que busca minimizar os ruídos não desejados. Estas metodologias de controle são testadas numericamente a partir do modelo matemático proposto para o duto acústico. Para avaliar também experimentalmente tais controladores, montou-se uma bancada de testes constituída por um duto de PVC instrumentada com alto falantes e microfones sendo os algoritmos de controle implementados em um microcomputador pessoal devidamente configurado. O trabalho encerra discutindo os resultados numéricos e experimentais obtidos e sugerindo desdobramentos a serem investigados no futuro. / Doutor em Engenharia Mecânica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Acoustical noises are known as pollution sources that cause adverse effects in human life. Considerable investigations have been done to development of the new technologies in Active Noise Control. This work presents and experimentally analyses algorithms of Active Noise Control in Ducts presented in literature, including Feedforward algorithms, Feedback algorithms and Hybrid algorithms that uses both concepts. The identification of secondary path and feedback path is presented and solutions are discussed. In this way, methods of off-line and on-line modeling are presented. A short introduction about acoustics in ducts is presented and some effects that the acoustical noise can cause in human being are also discussed. Problems about the sensors and actuators displacement in the duct system, causality and signal conditioning are also argued here. An introduction about Digital Signal Processors (DSPs) e some particularities found in the development of this works are presented. In order to evaluate the control algorithms performance, an experimental acoustic duct using a standard PVC water pipe was built, where those algorithms were implemented in a DSP platform TMS320LF240A from Texas Instruments®. An analysis is done about the difficulty and recourses used for which algorithm implemented. This work ends presenting and discussing the obtained results for the different control procedures studied and pointing to some future works. / Ruídos acústicos são conhecidos como fontes de poluição sonora que podem causar efeitos adversos na vida humana. Para solucionar estes problemas, interesse considerável tem sido mostrado em Controle Ativo de Ruído. O intuito deste trabalho é estudar e analisar os principais algoritmos de Controle Ativo de Ruído presentes na literatura, incluindo algoritmos de malha aberta (Feedfoward) e de malha fechada (Feedback), bem como um sistema híbrido que utilize os dois conceitos. Os problemas relacionados aos caminhos secundário e de realimentação são apresentados e algumas soluções são discutidas. Neste âmbito, metodologias de modelagem off-line e online são apresentadas. Uma pequena introdução à acústica básica em dutos é apresentada e alguns efeitos que o ruído acústico pode causar ao ser humano são discutidos. Uma discussão é realizada a respeito do arranjo físico do sistema, incluindo escolha e posicionamento dos transdutores eletroacústicos. Problemas de causalidade e do condicionamento de sinais também são discutidos. Uma introdução a respeito dos Processadores Digitais de Sinais (DSPs) e algumas particularidades encontradas durante o desenvolvimento deste trabalho são apresentadas. Para validar a performance de alguns algoritmos de controle, montou-se uma bancada experimental constituída de um duto hidráulico de PVC utilizado como duto acústico, onde estes algoritmos foram implementados em linguagem C em uma plataforma DSP da Texas Instruments do tipo TMS320LF240A. Uma análise é realizada com respeito à dificuldade e recursos utilizados por cada algoritmo implementado. Resultados e discussões são apresentados com respeito à performance dos sistemas de controle. / Mestre em Engenharia Mecânica