【正文】 .......... 14 同步發(fā)電機的繞組分配 ................................................................................. 14 船舶電力系統(tǒng)兩機并聯(lián)型非線性數(shù)學模型的建立 ............................................... 16 本章小結 ................................................................................................................... 18 第四章 基于反推法的自適應控制器設計 ...................................... 19 自適應控制的簡要概念 ........................................................................................... 19 李雅普諾夫穩(wěn)定性理論 ........................................................................................... 20 標量函數(shù)定號性簡介 ..................................................................................... 20 李雅普諾夫（ Lyapunov）第二方法的定理 ................................................. 21 反推法（ back stepping）的基本原理介紹 ............................................................. 22 基于反推法的自適應控制器的設計 ....................................................................... 23 本章小結 .................................................................................................................... 25 第五章 系統(tǒng)仿真 .......................................................................... 27 船舶電力系統(tǒng)兩機并聯(lián)型非線性數(shù)學模型仿真 ................................................... 27 加入控制器后的系統(tǒng) 仿真 ....................................................................................... 29 本章小結 ................................................................................................................... 32 江蘇科技大學 蘇州理工學院 本科畢業(yè)設計（論文） IV 結論 ............................................................................................... 33 致謝 ............................................................................................... 34 參考文獻 ........................................................................................ 35 江蘇科技大學 蘇州理工學院 本科畢業(yè)設計（論文） 1 第一章 緒論 課題研究的目的和意義 船舶是海上航行、運輸、作業(yè)、作戰(zhàn)的重要交通工具。并使設備中存在的金屬部件腐蝕速度加快，使用壽命減少，外表鍍層脫離，絕緣可靠度降低。 江蘇科技大學 蘇州理工學院 本科畢業(yè)設計（論文） 2 國內外研究現(xiàn)狀以及存在的不足 在國外，船舶電力系統(tǒng)的研究起步比較早 ，對于一些造船業(yè)較先進的西方發(fā)達國家來說，他們從上個世紀中葉就開始了對船舶電力系統(tǒng)的研究與 探索 。使用時各模塊相互配合，簡化了總體配置，強化了功能。如英國施耐德公司出產(chǎn)的中壓環(huán)網(wǎng)柜，環(huán)網(wǎng)靈活，采用模塊化設計 ， 它提供了供電冗余以確保負載安全運行 [4]。 江蘇科技大學 蘇州理工學院 本科畢業(yè)設計（論文） 3 ⑶ 船舶電力系統(tǒng)的集中控制、自動化控制，提高了船舶的供電質量，減少了人力操作。主要介紹了這篇論文的研究目的和意義，國內外現(xiàn)狀和這篇文章的主要任務和內容。本章主要介紹了自適應控制 的概念原理 ，接著敘述了李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，然后介紹了反推法的基本知識，最后設計了基于反推法的自適應控制器的設計 ，并用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論證明了控制器可以起到穩(wěn)定的作用。陸地電力系統(tǒng)控制 部分 一般由 數(shù) 個獨立的子系統(tǒng)組成，船舶電力系統(tǒng) 則 是一個高度集 成， 配合 工作的電力網(wǎng)絡。一般船舶使用的發(fā)電機的原動機都采用柴油機，因為其熱效率高，G1 M1 M2 G2 G3 M3 M4 MSB ACB1 MCCB1 MCCB2 MCCB3 ISW1 MCCB4 MCCB5 ACB2 DSB Tr ISW2 ACB3 MCCB6 MCCB7 MCCB8 DSB 380/220V EISB ESB ETr MCCB E ACB E 380/220V MCCB9 ISB IDSB RSB EDSB EG 江蘇科技大學 蘇州理工學院 本科畢業(yè)設計（論文） 7 啟動較快，機動性好。 ⑷ 用電單元：電氣負載 負載，即電氣設備。 2 相對濕度 95% 長期橫傾 15176。船舶電力系統(tǒng)的負荷運行工況還會 伴隨著不同的復雜交叉或者疊加運行的工況 [9]。其電力系統(tǒng)的特征主要有下面兩點：其一，推進電動機的單機容量比發(fā)電機容量大，且效率高，江蘇科技大學 蘇州理工學院 本科畢業(yè)設計（論文） 9 噪聲小，操作靈活。所以我們也要加強電壓的穩(wěn)定與控制。無功功率是導致電壓不穩(wěn)定的主要原因，當然有功功率對電壓穩(wěn)定也有影響。 頻率穩(wěn)定 參數(shù)往往反映了系統(tǒng)的品質，要了解船舶電力系統(tǒng)的品質就要看它的頻率參數(shù)，船舶在茫茫大海上航行時 ，電力系統(tǒng)的 頻率波動范圍是比較大的。下面給出電力 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分類框圖 (22)： 圖 22： 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分類框圖 由于類型繁多，分類時很難有一個明確的界限，因此類別之間會有一些小重疊。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（ pps）的本質是采取附加勵磁技術 ,目的是用來克服低頻振蕩的束縛。給出基于線性代數(shù)的系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程。 接著 介紹了船舶電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念和船舶電力系統(tǒng)穩(wěn)定的分類。 同步發(fā)電機電氣結構 對船舶電力系統(tǒng)進行建模，最重要的就是同步發(fā)電機的數(shù)學模型。 同步發(fā)電機的繞組分配 同步發(fā)電機的定子回路包括三相電樞繞組，同 步發(fā)電機的轉子回路包括磁場繞組和阻尼繞組，勵磁繞組接直流電源。忽略磁滯影響和磁飽 和影響。如果出現(xiàn)多臺發(fā)電機組在網(wǎng)輕載運行的情況，也可以等效為兩臺發(fā)電機組供電運行。圖 32 所畫的船舶電力系統(tǒng)是沒有變壓器的船舶電力系統(tǒng) [19]。發(fā)電機互聯(lián)電力系統(tǒng)很有肯能出現(xiàn)混沌現(xiàn)象。 被控對象是會變化的，隨著時間的增加、元件的損壞、環(huán)境的變化，控制對象都會發(fā)生改變。再怎么變化也都在 人們 的掌控之中，被控對象還是會達到控制者的愿望，實現(xiàn)預定的目標；或者對象實現(xiàn)目標時會有點偏差，但是在允許范圍之內。那么應該如何應對這種變化呢？目前自適應控制能做的就是不去檢測哪些因素發(fā)生變化，而是具體關注一個或者幾個指標，只 要 它們發(fā)生變化，控制規(guī)律就開始實行。李雅普諾夫直接法因為其優(yōu)越性得到很大發(fā)展，成為穩(wěn)定性研究的基本方法。 ⑷ 半負定性。當換做研究全局穩(wěn)定時，就假設 0?x 是系統(tǒng)（ 41）的一個唯一平衡點。 反推法（ back stepping）的基本 原理 介紹 通常說的反推法（ back stepping），又可以叫做逐步后推設計方法。 Back stepping 設計方法沒有了以往系統(tǒng)不確定性滿足匹配條件的限制，為較復雜的非線性系統(tǒng)的控制問題找到了解決辦法。 令 xz?1 ，由式（ 44）的第一個方程，第一個子系統(tǒng)，為了使 211 21zV?的導函數(shù)?? ? 111 zzV 是負定的，所以取 y 為虛擬控制，給其設定一個穩(wěn)定化函數(shù)，虛 擬反饋 )(x? ，對其進行假設 )1()( 111 ??? czcx? （ 45） 定義誤差變量 )(2 xyz ??? （ 46） 可以得到 ?? 121211111 )( zzzzzyzzzV ?????? ?? （ 47） 再次引入能量函數(shù) )(21 ~2212???? ?zVV ，式中 ~? 表示參數(shù)估計誤差，計算方法是??? ???~ ， ?? 表示參數(shù)估計值。本章的任務就是對前面建立的模型進行仿真，根據(jù)仿真出的功角 )(t? 和功角速度 )(t? 的時序圖來觀察系統(tǒng)的運動狀態(tài)，驗證控制器的效果，從而得出結論 [38]。設置加入的控制器的參數(shù)： puD 3? ，sH ? ， kwPe 1380? ， kwPm 13? ， u 假設值為 0 ， ?? 。強化船舶電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性意義非凡。還有許多問題有待研究。 總之，船舶電力系統(tǒng)穩(wěn)定性研究是一個非常重要的研究方向，值得研究，有待研究的內容有很多，對船舶電力系統(tǒng)穩(wěn)定性進行研究非常有實際意義。在已經(jīng)進行理 論證明的前提下，本文還通過 Matlab 仿真程序進行了仿真。進行仿真后可以得到功角 ? 的時序圖（如圖 55 所示）和功角速度 ? 的時序圖（如圖 56 所示）。為了方便觀察分析，在這里再次寫出 ?????????????xyxddyyddxs i nc oss i n ??????? （ 51） 根據(jù)式（ 51）這一方程組，可以畫出其 simulink 仿真圖，如圖 51 所示 圖 51： 船舶電力系統(tǒng)兩機并聯(lián)仿真圖 江蘇科技大學 蘇州理工學院 本科畢業(yè)設計（論文） 28 仿真前首先要對模型的參數(shù)進行設定，為了使仿真更加接近實際情況，選擇如下參數(shù)，?? ， ?? ， ?? ， ?? 。當 0?? 時，系統(tǒng)也能夠有效的抑制擾動，在控制器的作用下回到原來的平衡點 [35]。 基于反推法的自適應控制器的設計 為了減小和抑制船舶電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的混沌現(xiàn)象，使系統(tǒng)在參數(shù)不確定及外界擾動情況下仍能穩(wěn)定運行。反推法是一種回歸設計方法，它可以將控制器的設計和李雅普諾夫定理的應用結合起來。 ⑵ 如果滿足上述條件的正定（或負定）函數(shù) ),( txV 具有無窮小上界，那么對于系統(tǒng)（ 41）的平衡點 0?x 就被被認為是一致穩(wěn)定的。 ⑸ 不定性。標量函數(shù) )(xV 對包含于域 S 中的非零狀態(tài)量 x ，當有 0)( ?xV 并且0)0( ?V 的情況出現(xiàn)，那么包含于域 S（域 S 包涵狀態(tài)空間的原點）內的標量函數(shù) )(xV就是正定的。自適應控制最大的功能就是通過檢查性能指標的變化來了解被控對象的變化，江蘇科技大學 蘇州理工學院 本科畢業(yè)設計（論文） 20 產(chǎn)生應對這種變化的控制規(guī)律，實現(xiàn)可變控制規(guī)律的可調節(jié)的控制器。 另一種就是“你變我也變”的自適應控制。對象改變了，而規(guī)律沒 變，這顯然不合理。電力系統(tǒng)的混沌現(xiàn)象表現(xiàn)為無規(guī)則的發(fā) 電機振蕩現(xiàn)象，在混沌振蕩幅度增大和時間增加的情況下，會使系統(tǒng)難于控制，使系統(tǒng)的控制質量下降；嚴重時甚至會造成電網(wǎng)電壓或頻率的大幅度波動，引起發(fā)電機逆功率，最終導致互聯(lián)系統(tǒng)的解列 [23]。兩機并聯(lián)型船舶電力系統(tǒng)具有以下形式 [20]，描述如下 （式 31）所示 ： ???????????????????s i n)c os1( tPPDPdtdHdtdem （ 31） 模型中， H 表示等值轉動慣量， D 表示等值阻尼系數(shù)， eP 表示建立起來的系統(tǒng)的輸出電磁功率， mP 表示發(fā)電機輸入機械功率。假如船舶正行駛在 無邊的 大海上，電力系統(tǒng)突然瓦解，后果是不堪設想的，所以進