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《哈尔滨工程大学》 2003年
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H_∞控制理论在船舶电站中的应用研究

黄曼磊  
【摘要】: H_∞控制理论是分析和设计不确定系统的一种强有力的工具,主要解决对象建模中的误差和在一定范围内因模型摄动而引起控制品质恶化的控制难题。本文对H_∞控制理论在船舶电站中的应用进行了研究,着重解决了在船舶电站柴油发电机组控制系统中出现的特殊控制问题。本文在详细分析和研究柴油发电机组数学模型的基础上,首次应用H_∞控制理论对船舶电站柴油发电机组控制系统进行了混合灵敏度的优化设计研究,首次提出了应用H_∞控制理论对船舶电站柴油发电机组进行综合控制的控制方案,获得了满意的结果。 本文提出了柴油发电机组机电暂态过程的数学模型,分析了柴油机转矩的脉动和滞后,准确地描述了柴油机输出轴扭矩与柴油机转速和喷油泵齿杆位移之间的关系,全面揭示了柴油发电机组的运动规律,利用分段线性化的方法解决了柴油发电机组的非线性问题。本文给出了同步发电机电磁暂态过程实用模型和船舶电站负荷的数学模型。 本文首次提出了应用H_∞控制器的船舶电站柴油机调速系统的数学模型。给出了H_∞优化设计的一般步骤,建立了柴油机调速系统的数学模型,把柴油机调速系统H_∞控制器的设计归结为混合灵敏度问题,阐述了广义对象的状态空间实现,提出了加权函数的选择方法和特点,针对柴油机这一控制对象,分析了柴油机模型的不确定性,合理地选择了加权函数,建立了柴油机广义对象的数学模型,通过求解Riccati方程,得到低阶次的简单控制器,对控制器的性能进行了检验,系统性能和系统鲁棒稳定性的要求均得到满足,用混合灵敏度问题的数学模型成功地解决了系统的鲁棒性、干扰抑制和控制器输出约束的H_∞控制问题。本文分析了H_∞优化设计方法的实质,对系统设计中每一步遇到的主要问题都做了深入的研究。 本文首次提出了应用H_∞控制器的船舶电站同步发电机调压系统的数学模型。分别给出了船舶电站相复励励磁系统、可控硅励磁系统、无刷励磁系统的数学模型,把同步发电机调压系统H_∞控制器的设计归结为混合灵敏度问题,针对同步发电机这一控制对象,分析了其模型的不确定性,建立了同步发电机广义对象的数学模型。研究了参数摄动和加权函数改变对结果的影响,讨论了加权函数的选择问题。对同步发电机的数学模型进行了讨论,阐述了在船舶电力系统设计中使用五阶模型的必要性。 本文首次提出了应用H_∞控制理论对船舶电站柴油发电机组进行综合控制的控制方案和应用H_∞综合控制器的柴油发电机组综合控制系统的数学模型。首先给出了针对H_∞综合控制器的柴油发电机组数学模型,然后在此基础上建立了柴油发电机组综合控制系统的数学模型,把柴油发电机组H_∞综合控制器 哈尔滨工程大学博士学位论文 的设计归结为混合灵敏度问题,针对柴油发电机组这一控制对象,建立了柴油 发电机组广义对象的数学模型。本文设计的H。综合控制器在充分考虑系统模 型不确定性的情况下,成功地解决了由于转速和电压相互祸合所带来的综合控 制问题。 通过计算机仿真实验结果表明,本文运用H。控制理论设计的控制器能够 在充分考虑柴油发电机组模型不确定性的情况下,有效地提高调速系统和调压 系统的精度及抑制扰动的能力,解决了转速和电压的综合控制问题。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TP13

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 孟杰;船舶电力系统的非线性鲁棒控制研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 金哲;高速电液比例控制系统H_∞控制器的研究[D];西南交通大学;2006年
3 刘军;永磁电动机控制系统若干问题的研究[D];华东理工大学;2010年
4 罗成汉;船舶电力推进模拟平台的研究[D];武汉理工大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马敏;船舶电力系统混沌控制的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 于倩;电力系统非线性控制器设计与仿真[D];大连海事大学;2011年
3 王加雷;船舶高压电站功率管理系统的设计与管理[D];大连海事大学;2011年
4 饶丹;基于RTW的球杆系统H_∞控制器设计[D];哈尔滨工业大学;2010年
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6 魏国平;磁悬浮系统的H_∞控制研究[D];南京理工大学;2012年
7 张媛;动力调谐陀螺仪再平衡回路的H_∞控制器设计[D];哈尔滨工程大学;2006年
8 牛洪瑜;基于神经网络的船舶柴油发电机组的故障诊断[D];兰州理工大学;2007年
9 肖建文;H_∞控制理论在同步发电机PWM励磁系统的研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
10 王惠玲;同步发电机非线性H_∞励磁控制器的研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
【参考文献】
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5 徐德鸿,吴长春,封伟,陈敏;基于H_∞理论的薄钢板磁浮控制研究[J];电工技术学报;2000年04期
6 傅建国,郭庆鼎,唐光谱;直线永磁同步伺服电机位置控制器H_∞鲁棒性能设计[J];电工技术学报;2001年03期
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8 王广雄,王新生,林愈银,何朕;H_∞控制问题中RIC法和LMI法的一个比较[J];电机与控制学报;2000年02期
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10 王广雄,袁欣;H_∞设计:两块还是三块问题[J];电机与控制学报;2001年02期
【共引文献】
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3 李家坤;;基于80C196KC微机自动励磁调节器的设计[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2009年01期
4 李淮江,楮家如,李淮海,王光健;MATLAB应用于自动控制系统设计[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2005年02期
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7 李凤婷;晁勤;;风速变化的并网型风电场故障分析[J];北京交通大学学报;2007年05期
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9 廖自力,李长兵,纪象普;无刷直流电动机(BLDCM)数字控制系统在坦克电传动中应用的研究[J];兵工学报(坦克装甲车与发动机分册);1999年03期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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3 赵林坤;樊绍胜;;基于闭环增益成形的风力发电转速鲁棒控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 楼冠男;谭文;房方;;锅炉-汽轮机组控制结构分析与设计[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 胡伟;侯佑华;徐飞;于骥;;电力系统发电厂联络变压器的降损研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 关翔;;新疆某选厂磨矿自动控制系统的探索[A];2010'中国矿业科技大会论文集[C];2010年
7 吴水军;陈晶;刘明群;杨滔;杨杨;;励磁系统调差环节对系统阻尼的影响机理和仿真分析[A];2010年云南电力技术论坛论文集(优秀论文部分)[C];2010年
8 王正风;白涧;;发电机无功功率与电力系统稳定运行[A];第四届安徽科技论坛安徽省电机工程学会分论坛论文集[C];2006年
9 王正风;黄太贵;;发电机无功功率与机端电压对系统暂态功角稳定性的影响分析[A];第十六届(2008年)华东六省一市电机(电力)工程学会输配电技术研讨会论文集[C];2008年
10 张淑兴;朱文江;;核电站应急柴油发电机组励磁系统的仿真研究[A];2010’第五届绿色财富(中国)论坛会刊[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张宏瀚;高性能U型减摇水舱系统设计与控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 撖奥洋;变速恒频风力发电系统故障特性与保护技术研究[D];华中科技大学;2010年
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6 张璞;多直流馈入受端交流电网继电保护动作特性研究[D];华南理工大学;2010年
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8 吴定会;风能转换系统的分析、控制与优化方法研究[D];江南大学;2010年
9 李奇南;钢板磁悬浮系统控制[D];浙江大学;2010年
10 施希;大型压水堆核电站接入电网的理论和技术研究[D];武汉大学;2009年
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1 杨亮;基于DSP的交流异步电动机变频调速技术研究[D];安徽工程大学;2010年
2 王岩;智能建模和模糊广义预测控制研究及在船舶减纵摇控制中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
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4 张兴旺;相机稳定平台设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
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6 张丛辉;船舶燃气轮机—发电系统稳定性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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【同被引文献】
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1 高建臣,陈之龙,吴平东;DSP在模糊神经网络控制器中的应用[J];北京理工大学学报;1996年05期
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5 李冬丽,赵跃平,唐石青,朱永权;船舶大容量负载对电力系统的影响[J];船舶工程;2003年06期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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1 林治国;船舶电力推进系统的硬件在回路仿真[D];武汉理工大学;2011年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐达;柴油发电机组非线性鲁棒控制器研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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10 陈成功;船电系统中同步发电机的建模与仿真研究[D];上海交通大学;2011年
【二级引证文献】
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1 郭旭东;黄岗;粟梅;孙尧;;双级矩阵变换器驱动IPMSM控制策略的研究[J];电气传动;2013年02期
2 肖春辉;李振东;曹凌云;;海洋钻井平台柴油发电机组非线性综合控制器的设计与仿真[J];电力科学与工程;2013年05期
3 谷志锋;朱长青;赵文杰;邵天章;刘洪文;;EKF状态估计交流跟踪非线性L2励磁控制[J];电机与控制学报;2013年07期
4 刘璞;邵天章;谷志锋;谭红南;;移动电站励磁系统L2干扰抑制控制策略设计[J];电测与仪表;2013年11期
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8 杨飏;石存玮;杨岳毅;;基于PMSM的改进型滑模变结构观测器研究[J];伺服控制;2012年06期
9 刘璞;邵天章;谷志锋;;移动电站励磁系统仿真研究[J];新技术新工艺;2013年05期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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9 陈淮金;可控串联补偿在提高电力系统稳定性中的作用研究[J];电力系统自动化;1996年10期
10 鲍文,于达仁,夏松波;最优快速汽门控制对大型汽轮发电机组轴系扭振稳定性的影响[J];电力系统自动化;1998年01期
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9 王佳;多Agent系统的控制及稳定性分析[D];南京理工大学;2008年
10 侯萍;基于控制理论的网络拥塞控制算法研究[D];南京理工大学;2011年
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1 彭郑;一种新型主动队列管理算法AutoRED的建模与仿真实现[D];电子科技大学;2005年
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8 黄海波;智能建筑系统的控制论描述及其优化[D];华中科技大学;2007年
9 黄定华;H∞控制理论应用于大滞后对象的研究[D];广东工业大学;2001年
10 邹新凯;基于超循环理论的组织创新研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
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