电机与控制学报ELECTRICMACHINESANDCONTROL船舶电力系统的数学建模和鲁棒控制器设计朱志宇，刘维亭(江苏科技大学电子信息学院，江苏镇江212003)摘要：为了提高船舶电力系统的稳定性，同时研究建立分散励磁式船舶电力系统数学模型的方法，以三台发电机并联运行的工况为例，考虑了发电机角速度、母线端电压以及电动机转子侧电流扰动等不确定性因素，以同步旋转坐标系为参考系分解，建立了解耦后的柴油发电机组、异步电动机、馈线、静态负载的数学模型。根据鲁棒控制理论，设计了船舶电力系统的Hs状态反馈控制器，并应用线性矩阵不等式求解了该控制器。仿真结果表明，当模型的各种扰动信号为脉冲信号时，系统响应能在较短的时间内收敛到0,稳定时间约为0.3s,表明所设计的控制器具有较好的实时性和较高的控制精确度。关键词:船舶电力系统；鲁棒；发电机组；数学模型；线性矩阵不等式中图分类号：TP133文献标识码：A文章编号：1()()7・449X(2007)03-()291・()7Mathematicmodelconstructfonandrobustcontrollerdes妙ofdecentralizedexcitationshipelectricalpowersystemZHUZhi-yu,LUWeiring(DeptofElcctionicsandhifomatbn,JiangsuUniversityofScienceandTcchnobgy,Zlicnjiang212003,China)Abstract:hiorder&)enhancestabilityofshipelectricalpowersystemandstudymethodtoconstructmathematicmodelofdecentralizedexcitatbnshpelectricalpowersystem,takingworkingstatusofthreeparallelconnectiongeneralorsasanexample,somepossibleuncertainlactorssuchasdisturbanceofgeneratorangularvebcity,mainbusvoltage,rotorcurrentofmotorareconsidered,andsynchionousframeisappliedasreferencecoordinate,(liedecoupledmathematicmodelofdieselgeneratorgioup,asynchionisnmotor,feederandstaticbadareconstmctedThoughexertingdistuibanceaioundequilibriumpoint,mathematicmodelsarelinearizedAtlasjstatefeedbackcontioIlerofshipelectricpowersystemisdesignedbasedonrobustcontroltheory,andlinearmatrixinequalityisadoptedtoresolvethecontrollerSmulationresultsshowsystem'spulseresponsecanrapidlyconvergencetozeiowithin0.3second,thatindicatesdiedesignedcontioIlerhasgoodreal-tinepeiibimanceandhighcongtiolprecisionKeywords:shipelectricalpowersystem;robust;generatorgioup;mathematicmodel;linearmatrixinequality已［吉在设计船舶电力系统稳立控制器时首先要建立能够1515反映其运行状况的数学模型，电力系统在运行时，电船舶电力系统的稳定控制问题一直是个难题。力负荷的随机变化、发电设备的调节等都会引起电收稿日期：2006-10-25基金项目：船舶行业国防预研慕金项目（01J25.6.10）作者简介：朱志宇（1971-）,男，博士，副教授，主耍研究方向为智能控制、信号处理；刘维亭（1966-）,男，博士，教授，匸耍研究方向为鲁棒控制、电力传动控制。第11卷第3期2007年5刀Vol.11No.3May2007力系统参数的波动，因此在建立数沖模型的过程中,要充分考虑到系统工作的这种不确定性和各种T扰的存在。鲁棒控制在处理不确定性问题方面具有其他控制方法所没有的优势，因此在陆上电力系统稳定控制中获得了广泛应用H-6,o另一方面，随着电力系统对仿真计算精确度要求的提高，以及电力系统控制逐步趋丁•复杂化，対电力系统发电机、励磁系统、负荷等的模型、参数也提出了更高要求|7'，01o由于船舶电力系统具冇其特殊性，在建立船舶电力系统的模塑时，一方而可以借鉴陆上电力系统的研究方法，另一方面，不能忽略电动机、静负载等组成部分对整个船舶电力系统性能的影响。目两对船舶电力系统的研究主要集中在以下儿个方而:船舶电力系统短路电流计算、系统建模以及系统稳定性控制。但是现有的文献很少考虑船舶电力系统工作时的不确定性和各种干扰；同时将鲁棒控制理论应用于船舶电力系统稳定性分析的实例也不多"②旧前主要还是采用PSS控制器，这种控制器釆用固尬参数,当船舶电力的运行工况发生变化时，控制器就很难适应这些变化和干扰，导致控制效果变差。本文以三台发电机并联运行为例，提...