摘 要

本文针对船舶柴油机发电机组为保证供电质量和机组并联时的功率分配对柴油机转速的苛刻要求，在电网负荷发生变化时须保持柴油机转速在限定范围内波动，因此要求船舶发电系统具有良好的静态和动态稳定性，这就对控制器提出了较高的要求，而传统的PID控制器很难满足。而且传统PID控制器对模型的精确性要求较高，而在实际问题中模型很难精确建立。为解决上述问题，本文将针对柴油机调速系统设计一个控制器。控制理论是现代控制理论中的重要组成部分，它具有使干扰的影响达到最小的能力,并且对模型的不确定性具有较强的鲁棒性，与经典PID控制器相比，它的控制效果优势很明显，具有很强的鲁棒性和稳定性，能保证发电柴油机组在各种工况下的稳定运转。

关键词：船舶柴油发电机组，鲁棒控制，控制器。

Abstract

In order to ensure the power supply quality of the diesel engine generator set and the power distribution when one generator set works in parallel with another, it is required a high demand on the diesel engine speed. In order to keep the diesel engine speed within the limits of the change when grid load changes, the ship's power system is required to have good static and dynamic stability, which put forward a very high demand on the controller, and the traditional PID controller is difficult to meet. Moreover, the traditional PID controller has a high demand on the model’s accuracy, and it is difficult to establish the model accurately in the practical problem. To solve the above problems, this paper will design a controller for diesel engine speed control system. control theory is an important part of modern control theory, it has the ability to minimize the impact of interference, and it has a strong robustness toward the uncertainty of the model. Compared with the classic PID controller, because of strong robustness and stability, its superiority is obvious. It can ensure that the power generation unit in a variety of conditions under the stable operation.

Keywords: Marine diesel generator set, Robust control, controller.

目 录

第1章 绪论 1

1.1本课题研究的背景、目的与意义 1

1.2船舶柴油发电机组调速系统简介 3

1.3鲁棒控制理论简介 5

第2章 船舶柴油发电机组及其调速系统的数学模型 6

2.1 概述 6

2.2 柴油发电机组调速系统分析与建模 7

2.3 本章小结 13

第3章 船舶柴油机调速系统鲁棒控制器的研究 14

3.1控制的基本思想 14

3.2控制包括的几种控制 14

3.3标准设计问题 16

3.4 加权函数的选择 18

3.5 船舶柴油发电机组调速系统控制器的设计 18

3.6 仿真结果及分析 23

3.6.1 系统的输出响应 23

3.6.2 模型参数摄动分析 24

第4章 总结与展望 29

参考文献 31

致 谢 33

第1章 绪论

1.1本课题研究的背景、目的与意义

众所周知，船舶运营时经常远离陆地，航行在大江大洋中，无法使用陆地电网的电，而船上有各种用电设备，如助航设备、锚机绞缆机、空调装置、各种泵等。因此船舶上必须配置独立的发电和用电系统，以确保船舶安全运营和保障船员的日常生活。船舶电力系统与陆地上的相比差异很大，容量相比陆地上的要小很多，但是由于船舶航行环境复杂多变，特别是国际远洋船舶，在不同的海域、不同的季节，其工况频繁变化，船舶电力系统需要保证在各种海况下都能稳定工作，因此对它的稳定性和可靠性提出了非常严格的要求。近年来随着科技的发展，蓄电池已经开始在船舶上有相关的应用。蓄电池既可以作为主推进装置的动力源，又可以给船上其他用电设备供电。由于蓄电池输出电流稳定，可以保证用电设备的稳定工作，而且蓄电池不会造成污染，使船舶能够满足日益严格的排放法规要求，更加节能环保，所以蓄电池在船舶上的应用将是船舶动力系统发展的趋势。但是，蓄电池在船舶上的应用技术还不够成熟，受其容量所限，目前蓄电池作为电源只能在小型、短途船舶上应用。远洋船舶由于航程远、吨位大、航行海况复杂等因素既不能使用蓄电池作为动力源推进船舶航行，也不能作为电力系统的电源满足用电设备正常工作的需要和船员日常生活的需要。目前世界上绝大多数船舶依然使用柴油机作为主推进装置和用柴油机作为原动机带动同步发电机发电作为船舶电力系统的电源。在以柴油机作为原动机的机组中，同步发电机的转子在柴油机的带动下，切割磁感线产生感应电流。由式 （1.1）可知，感应电流的频率与同步发电机的磁极对数、柴油机转速成正比。

（1.1）