基于混沌理論的艦船電力系統(tǒng)可靠性研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及艦船噸位、艦用電力電子設(shè)備以及艦上武器裝備的不斷增加，電力系統(tǒng)的地位和作用變得越來(lái)越重要，電力系統(tǒng)生命力已經(jīng)成為艦船生命力的重要組成部分，有必要對(duì)其進(jìn)行全方位的、深入的研究。艦船電力系統(tǒng)是典型的非線性系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)行為包含許多復(fù)雜的非線性機(jī)電振蕩現(xiàn)象，這些現(xiàn)象對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行存在潛在威脅，可能導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。近年來(lái)，隨著對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性研究的深入，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)存在許多復(fù)雜的混沌現(xiàn)象?；煦绗F(xiàn)象表現(xiàn)在電力系統(tǒng)中將

2、是持續(xù)的無(wú)規(guī)則振蕩，嚴(yán)重危害電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在艦船電力系統(tǒng)中，為了保證艦船的生命力，有必要對(duì)其進(jìn)行混沌振蕩的研究，提出預(yù)防措施，以便在混沌現(xiàn)象發(fā)生前，能對(duì)其進(jìn)行有效的控制。 本文首先從艦船電力系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的機(jī)理出發(fā)，建立了艦船電力系統(tǒng)兩機(jī)并聯(lián)的二階，三階實(shí)用數(shù)學(xué)模型。并從有阻尼擾動(dòng)、無(wú)阻尼擾動(dòng)兩種情況，對(duì)二階模型進(jìn)行了分析。數(shù)值分析結(jié)果表明：在有阻尼的情況下，艦船電力系統(tǒng)的二階數(shù)學(xué)模型在相平面的流行域內(nèi)系統(tǒng)是單周期等幅振蕩，系

3、統(tǒng)穩(wěn)定；在相平面的流行域外，系統(tǒng)是發(fā)散的。在無(wú)阻尼的情況下，艦船電力系統(tǒng)的二階數(shù)學(xué)模型在相平面的流行域內(nèi)系統(tǒng)是收斂于一點(diǎn)；在相平面的流行域外，系統(tǒng)是發(fā)散的。在上述兩種情況下系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)混沌現(xiàn)象。 其次，提出了研究混沌的方法。像Lyapunov指數(shù)法，相位圖法，Poincare映射法，自功率譜密度法。Lyapunov指數(shù)法是一種定量的判定系統(tǒng)是否有混沌現(xiàn)象出現(xiàn)的方法，根據(jù)Lyapunov指數(shù)的符號(hào)決定系統(tǒng)是否有混沌現(xiàn)象出現(xiàn)，如果系

4、統(tǒng)的Lyapunov指數(shù)符號(hào)有一個(gè)為正，在一定的條件下可判斷系統(tǒng)是混沌的，否則系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)混沌振蕩。相位圖法是直觀的判斷混沌的方法，如果系統(tǒng)是混沌振蕩，其相位圖表現(xiàn)出來(lái)的是無(wú)數(shù)個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)，隨著時(shí)間的增加，有填充某個(gè)區(qū)域的特性。Poincare映射法是用很少的點(diǎn)來(lái)表現(xiàn)混沌的特性，如果系統(tǒng)是混沌，龐加萊影射的點(diǎn)將是一段連續(xù)的弧，而周期運(yùn)動(dòng)的映射是稀疏的幾個(gè)點(diǎn)。自功率譜密度法是根據(jù)系統(tǒng)的頻域特性來(lái)分析系統(tǒng)的混沌現(xiàn)象，混沌運(yùn)動(dòng)的頻域特性是有連

5、續(xù)的波峰。 最后，用Lyapunov指數(shù)法定量分析了系統(tǒng)在加入擾動(dòng)情況下的混沌出現(xiàn)的參數(shù)取值區(qū)間，并用相位圖法，Poincare映射法，自功率譜密度法判斷混沌現(xiàn)象。利用前面的理論及判斷方法，著重運(yùn)用RHR算法來(lái)定性的計(jì)算系統(tǒng)在加入周期的電磁擾動(dòng)的情況下，系統(tǒng)的Lyapunov指數(shù)。用matlab進(jìn)行編程數(shù)值分析，判定了系統(tǒng)的發(fā)生混沌的參數(shù)取值區(qū)間。 研究結(jié)果表明：艦船電力系統(tǒng)確實(shí)存在混沌現(xiàn)象。本文給出的研究方法可以很好的