李紅星+陸安山

摘要：本文針對(duì)海運(yùn)船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用魯棒控制方法設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋控制器。主要是基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，推導(dǎo)使系統(tǒng)穩(wěn)定且滿足能的控制器存在的條件，利用MATLAB軟件進(jìn)行仿真求解擾動(dòng)抑制度，并獲得相應(yīng)的單位階躍響應(yīng)曲線，表明用魯棒控制方法對(duì)海運(yùn)船舶電力系統(tǒng)進(jìn)行控制是可行的。

關(guān)鍵詞：船舶電力系統(tǒng)，魯棒控制，?線性矩陣不等式

中圖分類號(hào)：TP13????????????????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Robust?Control?for?the?marine?ship?power?propulsion?system

Li?Hong-xing，?Lu?An-shan

（College?of?Physics?and?Electrical?Engineering?，?Qinzhou?University，?Qinzhou，?Guangxi?535000?China）

Abstract：?This?paper?studies?the?design?of?robust?state?feedback?controller?for?mathematic?model?of?marine?ship?generation?systems.?Its?purpose?is?to?deduce?sufficient?conditions?of?the?existence?of??controller?with?Lyapunov?stability?theory.?At?last?we?utilize?MATLAB?software?to?get?disturbance?attenuation?level??and?obtain?the?unit?step?response?curve.?The?result?demonstrates?that?the?design?methods?of?robust?controller?for?marine?ship?generation?systems?is?feasibility.

Key?words：?Marine?ship?generation?systems，Robust?control，Linear?matrix?inequality

1?引言

海運(yùn)船舶是海上交通的主要運(yùn)輸工具，正向大型化、深水化方向發(fā)展，而其電力系統(tǒng)又是海運(yùn)船舶的核心，是一種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，具有高階、強(qiáng)耦合等電力系統(tǒng)的一般共性，又具有電站容量小，受電動(dòng)機(jī)負(fù)載影響大的特殊性，目前受到很多學(xué)者的關(guān)注。如船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與控制[1]一文分析了不同參數(shù)下推進(jìn)電機(jī)的穩(wěn)定情況，?設(shè)計(jì)一種直流母線電壓前饋控制器;文獻(xiàn)[2]闡述了受到大負(fù)荷擾動(dòng)后，船舶電站的參數(shù)將發(fā)生較大變化.從發(fā)電柴油機(jī)、電力負(fù)荷、發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)方面建立柴油機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)模型。深潛艇推進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制研究[3]，應(yīng)用魯棒控制方法來處理推進(jìn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)磁場定向下的矢量控制問題來抑制轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)攝動(dòng)和洋流、海浪引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)對(duì)深潛艇推進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的影響;張利軍等[4]通過魯棒L2干擾抑制控制方法解決電力系統(tǒng)中勵(lì)磁與調(diào)速的協(xié)調(diào)控制問題，也有學(xué)者對(duì)船舶動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)[6]和航跡跟蹤系統(tǒng)[7]進(jìn)行魯棒控制研究。魯棒控制在解決系統(tǒng)模型參數(shù)具有不確定性問題時(shí)有其自身的優(yōu)點(diǎn)，本文主要考慮海運(yùn)船舶電力系統(tǒng)模型參數(shù)存在凸多面體不確定性的情況下，設(shè)計(jì)魯棒控制器，使系統(tǒng)穩(wěn)定且滿足性能。

2?問題描述

考慮如下線性時(shí)變系統(tǒng)：

考慮系統(tǒng)（2）和上面的假設(shè)，定理得證。

4?仿真研究

考慮分散勵(lì)磁式電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型[5]，在系統(tǒng)存在凸多面體不確定性的情況下的模型參數(shù)如下：

5.?結(jié)論

本文考慮了船舶電力系統(tǒng)的不確定模型，設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋魯棒控制器。利用MATLAB軟件求解控制器的增益K與擾動(dòng)抑制度，仿真結(jié)果表明該方法設(shè)計(jì)的狀態(tài)反饋控制器是可行的。

參考文獻(xiàn)

[1]?呂世家，羅耀華，游江，康少波.船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與控制[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào).2012，?38（3）：27-30.

[2]?常勇，胡以懷，崔秀芳.?船舶電站負(fù)荷擾動(dòng)下軸系瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)仿真[J].船舶工程.?2010，?32（4）：33-37.

[3]?游江，趙國良，羅耀華，付斌.深潛艇推進(jìn)電動(dòng)機(jī)的H∞控制研究[J].船舶工程.?2006，28（6）：13-17.

[4]?張利軍，孟杰，蘭海.計(jì)及螺旋槳負(fù)載的船舶電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制設(shè)計(jì)[J].控制理論與應(yīng)用.2011，28（4）：531-537.

[5]?劉維亭，王德明.基于Riccati法的艦船電力系統(tǒng)魯棒勵(lì)磁控制研究[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào).?2004，8（4）：338-341.

[6]??DU?Jialu，?YANG?Yong.?A?robust?adaptive?neural?networks?controller?for?maritime?dynamic?positioning??system[J].?2013，?（06）：128-136.

[7]?ZHU?Qi-dan，YU?Rui-ting，XIA?Gui-hua，?LIU?Zhi-lin.?Sliding-mode?robust?tracking?control?for?underactuated?surface?vessels?with?parameter?uncertainties?and?external?disturbances[J].?Control?Theory??&?Applications.?2012，29（7）：64-68.

作者簡介：

李紅星（1975-），女（漢），黑龍江省肇東市人，講師，碩士研究生，主要研究領(lǐng)域?yàn)轸敯艨刂婆c魯棒濾波。