海運船舶電力推進系統的魯棒控制

李紅星+陸安山

摘要：本文針對海運船舶電力推進系統的數學模型，采用魯棒控制方法設計狀態反饋控制器。主要是基于李雅普諾夫穩定性理論，推導使系統穩定且滿足能的控制器存在的條件，利用MATLAB軟件進行仿真求解擾動抑制度，并獲得相應的單位階躍響應曲線，表明用魯棒控制方法對海運船舶電力系統進行控制是可行的。

關鍵詞：船舶電力系統，魯棒控制，?線性矩陣不等式

中圖分類號：TP13????????????????????????文獻標識碼：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

海運船舶是海上交通的主要運輸工具，正向大型化、深水化方向發展，而其電力系統又是海運船舶的核心，是一種復雜的控制系統，具有高階、強耦合等電力系統的一般共性，又具有電站容量小，受電動機負載影響大的特殊性，目前受到很多學者的關注。如船舶電力推進系統穩定性分析與控制[1]一文分析了不同參數下推進電機的穩定情況，?設計一種直流母線電壓前饋控制器;文獻[2]闡述了受到大負荷擾動后，船舶電站的參數將發生較大變化.從發電柴油機、電力負荷、發電機及勵磁調節系統方面建立柴油機瞬時轉速的動態模型。深潛艇推進電動機的控制研究[3]，應用魯棒控制方法來處理推進感應電動機磁場定向下的矢量控制問題來抑制轉子電阻參數攝動和洋流、海浪引起的轉矩波動對深潛艇推進電機調速系統的影響;張利軍等[4]通過魯棒L2干擾抑制控制方法解決電力系統中勵磁與調速的協調控制問題，也有學者對船舶動態定位系統[6]和航跡跟蹤系統[7]進行魯棒控制研究。魯棒控制在解決系統模型參數具有不確定性問題時有其自身的優點，本文主要考慮海運船舶電力系統模型參數存在凸多面體不確定性的情況下，設計魯棒控制器，使系統穩定且滿足性能。

2?問題描述

考慮如下線性時變系統：

考慮系統（2）和上面的假設，定理得證。

4?仿真研究

考慮分散勵磁式電力系統的數學模型[5]，在系統存在凸多面體不確定性的情況下的模型參數如下：

5.?結論

本文考慮了船舶電力系統的不確定模型，設計狀態反饋魯棒控制器。利用MATLAB軟件求解控制器的增益K與擾動抑制度，仿真結果表明該方法設計的狀態反饋控制器是可行的。

參考文獻

[1]?呂世家，羅耀華，游江，康少波.船舶電力推進系統穩定性分析與控制[J].大連海事大學學報.2012，?38（3）：27-30.

[2]?常勇，胡以懷，崔秀芳.?船舶電站負荷擾動下軸系瞬時轉速的動態仿真[J].船舶工程.?2010，?32（4）：33-37.

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

[4]?張利軍，孟杰，蘭海.計及螺旋槳負載的船舶電力系統協調控制設計[J].控制理論與應用.2011，28（4）：531-537.

[5]?劉維亭，王德明.基于Riccati法的艦船電力系統魯棒勵磁控制研究[J].電機與控制學報.?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，主要研究領域為魯棒控制與魯棒濾波。