舰船电力系统稳定性研究

论文摘要

舰船电力系统的稳定运行,对于舰船来说,有着特别重要的意义。舰船长期航行于海洋上,当其发生故障时,不可能立刻得到岸上的支援,而如果某些重要部件发生故障,将可能导致船毁人亡的悲剧,这就使得舰船对电力供应的依赖性非常大。它要求舰船电力系统不仅能在正常情况下保证船电设备的正常稳定运行,还必须保证在特殊情况下具有一定的稳定性,能够最大限度的保障和提高舰船的生命力。但是,随着舰船电力系统规模的不断增大,传统的基于经验的稳定性分析方法,已经不能满足舰船电力系统稳定运行的要求,开展舰船电力系统稳定性的分析和研究就显得非常重要。经过查阅大量的国内外资料,本文首先论述了课题的研究背景与研究意义。其次,对舰船电力系统的两机并联非线性数学模型的建立过程进行了详细的分析。再次,在已有的系统模型的基础上,借鉴陆地电力系统稳定性分析的成熟理论,设计了系统的第一种控制器,即鲁棒自适应控制器,使系统在存在参数不确定性及外界常值扰动的情况下仍能稳定运行。为了简化控制率的设计,将反步法引入到自适应控制中,设计了系统的鲁棒自适应控制器,应用李雅普诺夫稳定性判据判断了系统的稳定性。最后,设计了系统的另一种控制器,即模糊变结构控制器,使系统在存在参数摄动的情况下仍能稳定运行。将模糊控制与滑模变结构控制相结合,可有效的消弱滑模变结构控制系统中所固有的“抖振”现象,并能将两者的优点结合起来。为了验证控制器的控制效果,本文在MATLAB6.5软件平台编写仿真程序,进行了计算机仿真。给出了系统转子运行角,及转子运行角速度随时间的变化曲线,运用舰船电力系统暂态稳定性判据,判断系统的暂态稳定性。仿真的结果表明控制器具有良好的控制效果,系统的暂态稳定性得到了很好的控制。在系统受到外界常值扰动及存在参数不确定性的情况下,鲁棒自适应控制器能够保证系统具有良好的稳定性,可以使系统中并联的同步发电机快速回到同步运行状态,从而使系统快速地回到稳定运行状态。在系统存在参数摄动的情况下,模糊变结构控制器具有较强的鲁棒性,可以使系统中并联的发电机很快的回到同步运行状态,从而使系统快速地回到稳定运行状态。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究目的和意义
• 1.2 课题的研究背景
• 1.2.1 舰船电力系统概述
• 1.2.2 舰船电力系统的发展概况
• 1.2.3 舰船电力系统稳定性控制技术概述
• 1.3 本文内容与结构安排
• 第2章 舰船电力系统非线性数学模型分析
• 2.1 同步发电机的数学描述方法
• 2.2 同步发电机的数学模型
• 2.2.1 同步发电机标准数学模型
• 2.2.2 同步发电机二阶数学模型
• 2.3 同步发电机输出功率方程
• 2.4 同步发电机的转子运动分析
• 2.5 摇摆方程分析
• 2.6 舰船电力系统非线性数学模型的建立
• 2.7 本章小结
• 第3章 舰船电力系统稳定性理论分析
• 3.1 舰船电力系统的特点
• 3.2 舰船电力系统稳定性概念
• 3.2.1 电力系统稳定性分类
• 3.2.2 电力系统稳定模式
• 3.3 李雅普诺夫意义下的稳定性概念
• 3.4 本章小结
• 第4章 鲁棒自适应控制器的设计
• 4.1 自适应控制的一般概念
• 4.1.1 自适应控制的特点
• 4.1.2 自适应控制的发展及应用
• 4.2 反步法在自适应控制系统中的应用
• 4.2.1 反步法的基本原理
• 4.2.2 反步法在确定性系统中的应用
• 4.2.3 反步法在不确定性系统中的应用
• 4.3 基于反步法的鲁棒自适应控制器的设计
• 4.4 仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 模糊滑模控制器的设计
• 5.1 滑模变结构控制
• 5.1.1 滑模变结构控制的定义
• 5.1.2 滑模变结构控制的基本原理
• 5.1.3 滑模变结构控制系统的“抖振”现象
• 5.1.4 滑模变结构控制系统的改进方法
• 5.2 模糊控制的发展及应用概况
• 5.3 模糊控制的数学基础
• 5.3.1 模糊子集的表示
• 5.3.2 模糊语言变量
• 5.3.3 模糊推理
• 5.3.4 模糊条件语句及其推理规则
• 5.3.5 模糊控制系统的基本设计方法及其优点
• 5.4 模糊滑模变结构控制的设计思想
• 5.5 模糊滑模变结构控制器的设计
• 5.5.1 滑模变结构部分的设计
• 5.5.2 模糊控制部分的设计
• 5.6 控制器仿真结果分析
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢