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钦州学院

本科毕业论文（设计）开题报告

二级学院： 机械与船舶海洋工程学院 年级2015级2学号 1505406225 姓名 周世雄 专业 自动化 班别 班 论文（设计）船舶柴油发电机励磁系统建模与仿真 题目 指导教师姓名张占安 高级工程拟完成时间 2018 年 10月 26日 及职称 师 题目类型 囗 理论研究 □√ 应用研究 囗 设计开发 囗 其他 命题来源 囗 教师命题 □ 学生自主命题 囗 教师科研课题 √是 囗否 □是否在实验、实习、工程实践和社会调查等社会实践中完成 一、 选题依据及意义（不少于300字） 船舶作为运输工具具有悠久的历史，如今一艘好的船必须要有一个完善的船舶电力系统。而我国是航运大国，船舶工业和航运业已经成为我国国民经济发展的重要支柱之一。船舶电站是船舶的心脏，由于船舶吨位的不断增加以及柴油发电机-电力推进船的不断涌现，使船舶电站发电机的容量越来越大，因此对船舶发电控制系统提出了更高的要求。 随着我国海上航运事业的不断发展，船舶的大型化、高速化和自动化趋势日益明显。为了满足船舶高负荷运行工作用电量的需求，保证船舶的安全运行，船舶电力系统必须稳定在一定范围内而不能有太大的波动，否则对船舶电气系统的影响是巨大的。因此船舶柴油发电机励磁系统建模与仿真已成为一个重要的研究领域，它的控制性能的好坏直接影响到电力系统的电压稳定；而它的研究有助于分析和解决船舶电站运行的故障，是一项很重要的工程应用基础研究领域，具有较强的科学性、复杂性和经济性，在国防方面具有重要意义。 图1 船舶柴油发电机励磁控制系统结构框图 二、研究目标与主要内容（含论文(设计)提纲，不少于500字） 1.研究目标: 本文主要研究船舶柴油发电机励磁系统装置，通过调节柴油发电机的转速使发电机端电压的频率稳定，以此提高系统的稳定性；通过控制励磁电压改变励磁磁场的强度来调节发电机的端电压，完成电压稳定功能。船舶柴油发电机励磁系统包括信号采集、信号调理和运算控制等环节。 励磁系统的好坏直接影响着发电机的运行质量，因此针对这个问题，本文设计了励磁系统的控制器、建立柴油发电机励磁系统仿真模型、对励磁控制算法进行研究和优化、画出流程图和写出程序/、对仿真结果和算法进行验证。 2.主要内容; 1、对柴油发电机励磁系统进行研究，了解系统的基本工作原理及控制方法，为仿真提供理论基础，为深入研究励磁控制算法提供了条件。 2、建立研究系统的数学模型或优化目标函数，根据所建的数学模型采用MATLAB/SIMULINK搭建仿真模型，并对本文提出的控制方法进行优化验证。 3、熟悉了解MATLAB/SIMULINK软件，分析系统模拟原理，对船舶柴油发电机励磁系统的软、硬件系统进行设计：以MATLAB/SIMULINK为核心，绘制仿真控制系统流程图，采用模块化编程的思想完成系统的软件总体规划和各功能板块设计。 4、编制仿真控制程序进行编译并运行程序，分析运行结果是否合理和正确。 5、利用仿真软件进行仿真调试或算例验证，用示波器观察励磁系统的仿真效果，了解同一对象采用不同的控制方案进行验证，最后采取最优方案去验证结果。 三、研究方法和手段 1. 查找相关的书籍和文献对题目的意义进行研究，通过分析和研究找到论文的核心所在； 2. 利用空闲的时间到图书馆或者利用电脑查阅相关方面的书籍、学术论文及期刊，增强自己的理论知识和问题的解决能力； 3. 请教在技术经验较高的同学和老师，通过他们的分析和解答使自己的思路能得到进一步的升华； 4. 联系老师，听取老师的建议使自己对论文的结构和框架能更加深入的认识和能够有更好的把握； 5. 利用现在的网络各种平台资源进行资料的收集，来获取信息资源。 四、参考文献目录（作者、书名或论文（设计）题目、出版社或刊号、出版年月或出版期号） [1]陈子顺. 船舶发电机励磁系统人工神经网络控制研究[D].上海海事大学,2004. [2]陈勇,张艳.基于FPSO的船舶柴油发电机励磁系统控制[J].船电技术,2016,36(09):44-48. [3]欧阳松. 船舶柴油发电机组的模糊控制及其优化研究[D].武汉理工大学,2014. [4]赵一楠. 人工神经网络船舶电站励磁系统仿真研究[D].大连海事大学,2006. [5]韦韩英. 船舶柴油发电机系统仿真[D].上海海运学院,2003. [6]王健. 基于DSP的船舶电力励磁控制系统的设计[D].沈阳工业大学,2009. [7]曲志明. 船舶柴油发电机建模与转速云模型控制研究[D].大连海事大学,2017. [8]卢贤基. 船舶发电柴油机调速系统的研究与设计[D].大连海事大学,2013. [9]李东辉. 船舶柴油发电机组的建模与运行仿真研究[D].大连海事大学,2011. [10]宫强. 粒子群优化算法在船舶电站控制中的应用研究[D].哈尔滨工程大学,2006. [11]刘红燕. 柴油发电机组微机励磁控制系统的研究与实现[D].湖南大学,2008. [12]徐果薇. 同步发电机励磁系统的智能控制方法研究[D].重庆交通大学,2014. [13]卞宁. 同步发电机励磁系统单元建模与仿真的研究[D].河北工业大学,2007. [14]魏志达,黄曼磊,宋克明.混合H_2/H_∞励磁控制器在船舶同步发电机组并联中的应用[J].船电技术,2008(01):30-34. [15]薄志越. 船舶电力推进操控平台设计与仿真计算研究[D].大连海事大学,2014. [16]薛士龙. 船舶电力推进仿真装置及其关键技术的研究[D].上海海事大学,2006. [17]邵淼磊. 船舶电站原动机（柴油机）及其调速系统的混合仿真[D].哈尔滨工程大学,2002. [18]欧阳松,汪敏.船舶发电机组的励磁系统模糊PID控制研究[J].船电技术,2015,35(05):59-62. [19]付佳杰. 船舶同步发电机参数自适应数字式励磁调节器研究与设计[D].大连海事大学,2012. [20]钱伟娜. 电力系统主要机组励磁系统建模研究[D].江苏大学,2016. [21]施伟锋. 关于船舶电力系统研究的一些探索[D].上海海事大学,2005. [22]杨彦杰. 交流励磁发电机励磁控制系统的研究[D].河北工业大学,2001. [23]陈杰锋.浅谈船舶发电机励磁系统[J].广船科技,2007(03):32-34+43. [24]程绪长. 数字式柴油发电机励磁系统的研究[D].湖南大学,2009. [25]吴斌. 同步发电机励磁控制系统的仿真研究[D].南昌大学,2007. [26]卞宁. 同步发电机励磁系统单元建模与仿真的研究[D].河北工业大学,2007. [27] Excitation control of the synchronous generator. Richard c Schaefer IEEE Trans- actions on industry .Applications1999 [28]1] Transient Stability Enhancement and Voltage Regulation of Power System. Wang Youyi,David J Hil,Richard HMiddleton,et al. IEEE Transactions on Power Systems .1993 [29]Stability analysis and design of fuzzy control system. Tanaka K,Sugeno M. Fuzzy Sets and Systems .1992 五、文献综述（在对选题涉及的研究领域的文献进行广泛阅读或调查的基础上，对该领域的研究现状、发展动态等内容进行综述，并提出自己的见解和研究思路。不少于700字） 船舶发电机系统仿真研究是随着船舶电站技术的发展和系统仿真的研究的兴起而开始发展的。随着船舶电站技术的进一步发展，对电站系统的研究提出了更高的要求。而柴油发电机作为一种常用的交流供电设备被广泛应用于船舶领域。 近年来，现代船舶为了提高性能和加强生命力，要求电气化和自动化程度不断提高，促使船舶发电机系统的容量不断增加。随着电站容量的增大，对电站供电的可靠性、连续性、经济性、电能质量的要求以及对船舶电站的自动化程度要求也越来越高。而电力系统工作的可靠性取决于组成元件和各项设备的可靠性及其互相之间的连接方式和使用方法。因此在确保系统发生过载、短路或接地故障时，将故障部分从电网中断开。为了实现柴油发电机的最优化，发电机控制系统应该具有抗柴油机冲击、抵抗船舶负载的干扰和适应严峻的气候条件的能力。国内外的一些研究者一般都是从原动机和调速器系统、同步发电机、励磁系统和电力负载四个方面进行分析和研究。其中主要针对励磁系统进行较为广泛的研究。 为了保证柴油发电机的稳定运行，使其在负载有较大变化的时候仍能保证其输出电压的稳定。需要保证柴油机的输出功率和同步电机的负载功率相匹配。因此，本文建立船舶柴油发电机励磁系统建模与仿真模型，通过加载、减载实验来模拟船舶在不同工况下的动态特性，应用模糊控制算法并对其进行优化来控制同步发电机的励磁电压，用来降低因柴油发电机自身的缺点给电能质量带来的影响，提高其工作效率。柴油发电机作为未来船舶的电力系统主能源，必须要求其能独立供电，作动力和照明的主电源。在众多改善发电机稳定运行的措施中，提高励磁系统的控制性能是公认的经济而有效的手段之一。所以我们在研究励磁控制器这个过程中应尽可能的选择具有精度高，反应快，控制算法适应性强，对于不同特性的电机只要通过调整程序参数就能快速适应，甚至可以实现更加高端的自适应智能控制算法等优点。这才是我们该研究的励磁控制系统的发展方向。 六、工作进度安排（时间、内容、步骤） 1、2018.10.10-2018.10.31 文献阅读：阅读相关的书籍、论文、期刊，上网查阅相关资料；了解相关理论知识，熟悉仿真软件。 2、2018.10.31-2018.11.20 根据所掌握的理论知识建立研究的数学模型或目标函数。 3、2018.11.20-2018.12.20 程序编写：针对研究对象及目标，绘制流程图，编写程序； 4、2018.12.20-2019.01.20 仿真研究：用软件完成仿真模拟，利用算例进行验证。 5、2019.01.20-2019.04.10 完成毕业论文及程序调试工作。