基于混沌分析法的舰船电力系统稳定性研究

对舰船电力系统进行分析建模,并根据电力系统模型状态的非线性混沌特征,结合模型幅值扰动参数,分析出混沌现象产生的原因和影响因素。在此基础上,有针对性地利用自适应反演算法在模型中引入适当的控制器,有效地避免电力系统运行中因干扰进入混沌震荡状态,保证了舰船电力系统的正常运行和舰船的安全稳定。研究结果表明,即使舰船电力系统出现混沌现象时,也可以根据其特征状态进行有效的稳定性控制,保持舰船的综合性能。     

舰船航向非线性自适应鲁棒控制方法

舰船航行时由于存在线性干扰,使得航向控制方法鲁棒性较差。为此,提出舰船航向非线性自适应鲁棒控制方法研究。基于惯性坐标系的空间位置和姿态角,将舰船运动化为3个平面运动,建立舰船操作运动方程,依据运动方程,计算舵力及舵机特性,在考虑舵力的作用下,计算非线性控制律,去除线性干扰项,设计自适应鲁棒控制器,达到控制舰船航向的目的。测试结果表明:与传统的控制方法相比,设计的舰船航向非线性自适应鲁棒控制方法转艏角速度更接近0,且船首向角定向需要的时间更少,说明该控制方法鲁棒性更好,适合应用在舰船航向控制中。     

基于两机并联非线性数学模型的舰船电力系统自适应控制器设计

近年来,舰船电力系统的规模显著扩大,内部结构与运行的方式也愈加复杂,使得舰船电力系统运行的安全性与稳定性作用逐渐突显出来,对舰船安全航行提出了全新的要求。其中,舰船电力系统属于高纬度非线性系统,要想确保其动态性能与静态性能更加稳定,就必须合理引入非线性控制理论。在舰船电力系统自适应控制器的实际过程中,可在优化自适应控制器性能的基础上,全面完善舰船电力系统的作用。基于此,文章将舰船电力系统自适应控制器设计作为主要研究内容,重点研究了两机并联非线性数学模型的具体应用     

基于输出延迟反馈方法的船舶电力系统混沌控制

为了抑制船舶电力系统在周期电磁扰动下产生的混沌振荡,建立了船舶电力系统的双机并联数学模型,应用Melnikov方法得到了船舶电力系统产生混沌振荡的解析条件,采用输出延时反馈控制方法,通过选择合适的延迟时间和反馈系数,破坏系统发生混沌运动的参数条件.仿真结果表明,基于输出延时反馈控制方法的混沌控制器结构简单,所需的控制能量小,可以将系统的混沌运动状态控制为周期一运动,提高了船舶电力系统的稳定性.     

OceanInfo平台中舰船操纵运动控制研究

针对 OceanInfo平台中的舰船运动控制,研究舰船在航向保持中的混沌运动及其控制问题。基于 PID控制方法的简单性和有效性,应用 PID控制进行平台中的舰船混沌运动的有效控制和航向保持,对其控制参数难以确定的问题,提出改进的动态混沌粒子群优化（PSO）算法进行控制器参数整定并进行仿真实验。实验结果表明：本文提出的改进优化算法能够实现 PID参数的优化整定,其结果能够更为有效地进行舰船航向保持及混沌运动控制,且方法简单、容易编程实现。     

OceanInfo平台中舰船操纵运动控制研究

针对Ocean Info平台中的舰船运动控制,研究舰船在航向保持中的混沌运动及其控制问题。基于PID控制方法的简单性和有效性,应用PID控制进行平台中的舰船混沌运动的有效控制和航向保持,对其控制参数难以确定的问题,提出改进的动态混沌粒子群优化(PSO)算法进行控制器参数整定并进行仿真实验。实验结果表明:本文提出的改进优化算法能够实现PID参数的优化整定,其结果能够更为有效地进行舰船航向保持及混沌运动控制,且方法简单、容易编程实现。     

神经网络优化PID的舰船关键设备智能控制方法

为提升舰船航行安全性,提出神经网络优化PID的舰船关键设备智能控制方法。构建PID控制器,将舰船关键设备灵敏度期望值与实际值之间的误差作为控制器输入,经PID控制器控制后,输出使灵敏度误差达到最小的控制结果,将该结果作用于舰船关键设备,实现智能控制。为提升控制效果,采用RBF神经网络优化PID控制器的比例、积分、微分系数3种参数,将优化后的控制器参数作为PID控制器选取最终参数,完成舰船关键设备的智能控制。经实验验证：该方法控制后的舰船蓄能器与伺服阀具有较高的灵敏度,控制后可使发电机在调速时迅速达到相应速度;避免液压缸出现大幅度位移现象。     

改进神经网络的舰船电力系统稳定性容错控制

大部分舰船电力系统控制方法只能完成电力系统的基础控制任务,没有考虑电力系统状态控制,造成控制后电压稳定性较差的问题。因而,设计改进神经网络的舰船电力系统稳定性容错控制方法。引用改进神经网络设计状态诊断网络,完成舰船电力系统状态诊断。设计模糊滑膜变结构控制器为容错控制器,引用模糊控制技术控制电力系统中电流与电压的变化,实现对舰船电力系统的稳定性控制。通过测试对比可知,此方法与原有2种控制方法相比,此方法完成控制后的输出电压更加稳定。综上可知,改进神经网络的舰船电力系统稳定性容错控制更适用对电力系统的状态进行控制。     

舰船电气自动化控制的稳定性分析

舰船电气自动化控制中受到负载增益的持续性扰动因素影响,导致输出参量存在扰动误差,需要进行稳定性控制设计,提出一种基于混沌小扰动抑制的舰船电气自动化控制稳定性设计方法。构造舰船电气自动化控制的等效电路模型,以系统效率、输出功率增益、电压和供电频率等参量为约束量,进行控制目标函数构建,采用混沌参数调制和扩频处理方法进行舰船电气控制中的小扰动抑制,采用混沌同步控制方法进行舰船电气稳定性控制,并进行了控制器的电路设计。测试结果表明,采用该方法进行舰船电气自动化控制的稳定性较好,输出增益较大,抗扰动能力较强。     

船舶电力系统自适应Backstepping混沌控制

为了抑制船舶电力系统在周期电磁扰动下可能产生的混沌振荡,在两机并联模型的基础上,应用自适应Backstepping方法设计了系统的混沌控制器。应用Lyapunov稳定性理论证明了在该控制器作用下,系统能够保持闭环渐进稳定。仿真结果表明,混沌控制器能够以较快的收敛速度抑制系统中的混沌,使系统状态迅速稳定在平衡点,同时还能够以较快的速度辨识出导致系统产生混沌的参数。     

混沌隔振方法研究

为了消除舰艇辐射水噪声中的线谱成分,提出了利用非线性隔振系统在混沌状态下的特殊性能来提高隔振性能,特别是提高线谱隔离能力的混沌隔振方法.说明了混沌隔振方法的原理,给出了混沌隔振性能评价指标.实验证明该方法能有效地隔离结构噪声中的线谱成分,并具有良好的整体隔振性能.     

计及形变的滚塑船艇横摇运动中的混沌及其控制

以渔家乐滚塑休闲船为例,考虑船艇体的弹性形变、随机风速和随机波浪等非线性因素,采用时历图、相图、功率谱和Lyapunov指数从不同角度剖析船艇横摇中的动力学特性,然后应用精确反馈线性化和闭环增益成形算法相结合的方法设计控制器,使船艇脱离混沌状态。仿真结果表明：当计及船体弹性形变时,横摇频率加快,角速度和角加速度均增大,船艇稳性和舒适感变差;随着风和浪所含谐波次数的增加,横摇更加剧烈,混沌现象愈显著;所设计的控制器能够有效控制其混沌,从而达到增加船艇安全性、稳定性和舒适性的目的。     

柴油发电机组并联运行的鲁棒控制研究

船舶电力系统通常是多台柴油发电机组并联运行,多机组并联运行容易发生功率传递,从而产生功率振荡现象。本文给出了两台柴油发电机组并联运行的数学模型,为柴油发电机组设计了非线性鲁棒综合控制器,并给出了将非线性鲁棒综合控制器应用于柴油发电机组并联运行控制的仿真结果。表明,两台柴油发电机组的功角差为零,抑制了柴油发电机组并联运行的功率振荡现象,改善了电力系统的稳定性。     

船舶光柴储交流微电网系统小信号的稳定性研究

针对容量有限、光储单元容量较低的中小功率船舶光柴储交流微电网系统的稳定性问题,提出基于光储逆变器的船舶光柴储交流微电网多级控制策略。建立由柴油发电机组模型、光储系统模型以及与网侧功率模型构成的船舶光柴储微电网系统的小信号模型,分析系统内控制参数对状态矩阵特征值的影响,获得船舶光柴储微电网系统的暂态稳定性,确定稳定域内控制器参数的选择范围。最终获得船舶电网电压和频率的仿真结果,为船舶光柴储微电网系统的稳定运行和控制参数的设计提供重要的理论基础。     

基于网络控制器的船舶自动化系统结构设计

通过对集散控制系统(DCS)与现场总线控制系统(FCS)两种系统的比较,提出了一种基于网络控制器和工业以太网的船舶自动化管理系统结构,介绍了其特点以及此系统中的重要硬件设备——网络控制器。并以船舶电站为例介绍了自动化系统的实施情况。     

固体氧化物燃料电池船舶动力系统的动态仿真(英文)

Solid oxide fuel cell (SOFC) has been identified as an effective and clean alternative choice for marine power system. This paper emphasizes on the dynamic modeling of SOFC power system and its performance based upon marine operating circumstance. A SOFC power system model has been provided considering thermodynamic and electrochemical reaction mechanism. Subcomponents of lithium ion battery, power conditioning unit, stack structure and controller are integrated in the model. The dynamic response of the system is identified according to the inertia of its subcomponent and controller. Validation of the whole system simulation at steady state and transit period are presented, concerning the effects of thermo inertia, control strategy and seagoing environment. The simulation results show reasonable accuracy compare with lab test. The models can be used to predict performance of a SOFC power system and identify the system response when part of the component parameter is adjusted.     

动态执行机构的船舶逆最优变速循迹控制（英文）

A controller which is locally optimal near the origin and globally inverse optimal for the nonlinear system is proposed for path following of over actuated marine crafts with actuator dynamics. The motivation is the existence of undesired signals sent to the actuators, which can result in bad behavior in path following. To attenuate the oscillation of the control signal and obtain smooth thrust outputs, the actuator dynamics are added into the ship maneuvering model. Instead of modifying the Line-of-Sight(LOS) guidance law, this proposed controller can easily adjust the vessel speed to minimize the large cross-track error caused by the high vessel speed when it is turning. Numerical simulations demonstrate the validity of this proposed controller.     

Inverse optimal control for speed-varying path following of marine vessels with actuator dynamics

A controller which is locally optimal near the origin and globally inverse optimal for the nonlinear system is proposed for path following of over actuated marine crafts with actuator dynamics. The motivation is the existence of undesired signals sent to the actuators, which can result in bad behavior in path following. To attenuate the oscillation of the control signal and obtain smooth thrust outputs, the actuator dynamics are added into the ship maneuvering model. Instead of modifying the Line-of-Sight (LOS) guidance law, this proposed controller can easily adjust the vessel speed to minimize the large cross-track error caused by the high vessel speed when it is turning. Numerical simulations demonstrate the validity of this proposed controller.