李红星+陆安山

摘要：本文针对海运船舶电力推进系统的数学模型，采用鲁棒控制方法设计状态反馈控制器。主要是基于李雅普诺夫稳定性理论，推导使系统稳定且满足能的控制器存在的条件，利用MATLAB软件进行仿真求解扰动抑制度，并获得相应的单位阶跃响应曲线，表明用鲁棒控制方法对海运船舶电力系统进行控制是可行的。

关键词：船舶电力系统，鲁棒控制， 线性矩阵不等式

中图分类号：TP13                        文献标识码：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

海运船舶是海上交通的主要运输工具，正向大型化、深水化方向发展，而其电力系统又是海运船舶的核心，是一种复杂的控制系统，具有高阶、强耦合等电力系统的一般共性，又具有电站容量小，受电动机负载影响大的特殊性，目前受到很多学者的关注。如船舶电力推进系统稳定性分析与控制[1]一文分析了不同参数下推进电机的稳定情况， 设计一种直流母线电压前馈控制器;文献[2]阐述了受到大负荷扰动后，船舶电站的参数将发生较大变化.从发电柴油机、电力负荷、发电机及励磁调节系统方面建立柴油机瞬时转速的动态模型。深潜艇推进电动机的控制研究[3]，应用鲁棒控制方法来处理推进感应电动机磁场定向下的矢量控制问题来抑制转子电阻参数摄动和洋流、海浪引起的转矩波动对深潜艇推进电机调速系统的影响;张利军等[4]通过鲁棒L2干扰抑制控制方法解决电力系统中励磁与调速的协调控制问题，也有学者对船舶动态定位系统[6]和航迹跟踪系统[7]进行鲁棒控制研究。鲁棒控制在解决系统模型参数具有不确定性问题时有其自身的优点，本文主要考虑海运船舶电力系统模型参数存在凸多面体不确定性的情况下，设计鲁棒控制器，使系统稳定且满足性能。

2 问题描述

考虑如下线性时变系统：

考虑系统（2）和上面的假设，定理得证。

4 仿真研究

考虑分散励磁式电力系统的数学模型[5]，在系统存在凸多面体不确定性的情况下的模型参数如下：

5. 结论

本文考虑了船舶电力系统的不确定模型，设计状态反馈鲁棒控制器。利用MATLAB软件求解控制器的增益K与扰动抑制度，仿真结果表明该方法设计的状态反馈控制器是可行的。

参考文献

[1] 吕世家，罗耀华，游江，康少波.船舶电力推进系统稳定性分析与控制[J].大连海事大学学报.2012， 38（3）：27-30.

[2] 常勇，胡以怀，崔秀芳. 船舶电站负荷扰动下轴系瞬时转速的动态仿真[J].船舶工程. 2010， 32（4）：33-37.

[3] 游江，赵国良，罗耀华，付斌.深潜艇推进电动机的H∞控制研究[J].船舶工程. 2006，28（6）：13-17.

[4] 张利军，孟杰，兰海.计及螺旋桨负载的船舶电力系统协调控制设计[J].控制理论与应用.2011，28（4）：531-537.

[5] 刘维亭，王德明.基于Riccati法的舰船电力系统鲁棒励磁控制研究[J].电机与控制学报. 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.

作者简介：

李红星（1975-），女（汉），黑龙江省肇东市人，讲师，硕士研究生，主要研究领域为鲁棒控制与鲁棒滤波。