在船舶航行中,隨著外界環(huán)境的變化船舶將受到不同程度的沖擊,多次觀測到船舶電力系統(tǒng)出現(xiàn)了混沌振蕩現(xiàn)象,尤其在目前船舶電力推進(jìn)應(yīng)用不斷發(fā)展的情況下,避免船舶電力系統(tǒng)因外界擾動而造成系統(tǒng)崩潰和設(shè)備損壞就顯得尤為重要。混沌理論是目前非線性科學(xué)中的一項重要研究內(nèi)容,已經(jīng)滲透到諸多學(xué)科以及工程領(lǐng)域。
隨著船舶電力系統(tǒng)規(guī)模越來越大,其非線性特點越來越明顯,在一定條件下會發(fā)生混沌運動行為,表現(xiàn)為無規(guī)則的機(jī)電振蕩,對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行構(gòu)成威脅?；诖?本文以混沌動力學(xué)理論為基礎(chǔ),研究船舶電力系統(tǒng)混沌動力學(xué)行為的特點、誘發(fā)機(jī)理、船舶電力系統(tǒng)混沌現(xiàn)象檢測方法和消除其混沌振蕩的有效措施。首先在單臺柴油發(fā)電機(jī)模型的基礎(chǔ)上,加上并聯(lián)時電壓電流耦合關(guān)系和負(fù)載電流關(guān)系確立船舶電力系統(tǒng)柴油發(fā)電機(jī)組雙機(jī)并聯(lián)的非線性數(shù)學(xué)模型,包括調(diào)速系統(tǒng)模型和調(diào)壓系統(tǒng)模型。本文結(jié)合柴油機(jī)的特點,并考慮了發(fā)電機(jī)勵磁暫態(tài)的變化過程,忽略阻尼繞組的作用,相比以往所用的模型維數(shù)更高,更能表述柴油發(fā)電機(jī)組的特點。采用常規(guī)PI控制方法設(shè)計調(diào)速和調(diào)壓控制器,通過仿真得到并聯(lián)前后兩臺發(fā)電機(jī)的變化波形圖,驗證了所建數(shù)學(xué)模型的有效性。其次,采用了觀測法和Lyapunov指數(shù)分析法相結(jié)合的方法對雙機(jī)并統(tǒng)的混沌振蕩現(xiàn)象進(jìn)行分析,既從直觀的角度又從特征量的角度分析了系統(tǒng)的混沌動力學(xué)特征。
以Lyapunov指數(shù)分析法作為分析混沌振蕩產(chǎn)生條件的判據(jù),使用Jacobian方法求解出雙機(jī)系統(tǒng)中的單臺柴油發(fā)電機(jī)組的Lyapunov指數(shù),將得到的Lyapunov指數(shù)譜圖作為判斷混沌出現(xiàn)條件的判據(jù),通過仿真得到對應(yīng)不同條件下發(fā)電機(jī)組的功角轉(zhuǎn)速相圖及隨時間變化的波形圖,驗證了所得Lyapunov指數(shù)譜的準(zhǔn)確性。再次,考慮到周期功率擾動影響的是機(jī)電暫態(tài)模型,對勵磁暫態(tài)模型沒有影響。同時H∞魯棒控制方法對系統(tǒng)模型參數(shù)具有魯棒性,并不依賴于地數(shù)學(xué)模型。而且船舶電力系統(tǒng)受到外界的干擾因素多,屬強(qiáng)非線性系統(tǒng),故采用非線性H∞魯棒控制方法進(jìn)行調(diào)速器設(shè)計。同時鑒于魯棒非線性控制方法計算量大,設(shè)計過程復(fù)雜,故依然采用PI控制方法設(shè)計勵磁控制器。仿真結(jié)果表明在所設(shè)計控制器的作用下,柴油發(fā)電機(jī)組雙機(jī)并統(tǒng)的混沌運動得到了迅速的抑制。
