基于混沌理论的舰船电力系统可靠性研究

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1、摘要摘要随着科学技术的发展及舰船吨位、舰用电力电子设备以及舰上武器装备的不断增加，电力系统的地位和作用变得越来越重要，电力系统生命力已经成为舰船生命力的重要组成部分，有必要对其进行全方位的、深入的研究。舰船电力系统是典型的非线性系统，其动态行为包含许多复杂的非线性机电振荡现象，这些现象对系统安全运行存在潜在威胁，可能导致系统失稳。近年来，随着对电力系统稳定性研究的深入，国内外许多学者发现电力系统存在许多复杂的混沌现象。混沌现象表现在电力系统中将是持续的无规则振荡，严重危害电力系统的稳定运行。在舰船电力系统中，为了保证舰船的生命力，有必要对其进行混沌振荡的研究，提

2、出预防措施，以便在混沌现象发生前，能对其进行有效的控制。本文首先从舰船电力系统动力学的机理出发，建立了舰船电力系统两机并联的二阶，三阶实用数学模型。并从有阻尼扰动、无阻尼扰动两种情况，对二阶模型进行了分析。其次，提出了研究混沌的方法。像Lyapunov指数法，相位图法，Poincare映射法，自功率谱密度法。最后，用Lyapunov指数法定量分析了系统在加入扰动情况下的混沌出现的参数取值区间，并用相位图法，Poincare映射法，自功率谱密度法判断混沌现象。研究结果表明：舰船电力系统确实存在混沌现象。本文给出的研究方法可以很好的移植到三阶甚至更高阶的模型分析中，

3、能够给出混沌现象发生的参数取值区间，起到了很好的预测效果。关键词：混沌；舰船电力系统；非线性模型；Lyapunov指数；Poincare映射；功率谱密度I基于混沌理论的舰船电力系统可靠性研究大摘要随着科学技术的发展及舰船吨位、舰用电力电子设备以及舰上武器装备的不断增加，电力系统的地位和作用变得越来越重要，电力系统生命力已经成为舰船生命力的重要组成部分，有必要对其进行全方位的、深入的研究。舰船电力系统是典型的非线性系统，其动态行为包含许多复杂的非线性机电振荡现象，这些现象对系统安全运行存在潜在威胁，可能导致系统失稳。近年来，随着对电力系统稳定性研究的深入，国内外许

4、多学者发现电力系统存在许多复杂的混沌现象。混沌现象表现在电力系统中将是持续的无规则振荡，严重危害电力系统的稳定运行。在舰船电力系统中，为了保证舰船的生命力，有必要对其进行混沌振荡的研究，提出预防措施，以便在混沌现象发生前，能对其进行有效的控制。本文首先从舰船电力系统动力学的机理出发，建立了舰船电力系统两机并联的二阶，三阶实用数学模型。并从有阻尼扰动、无阻尼扰动两种情况，对二阶模型进行了分析。数值分析结果表明：在有阻尼的情况下，舰船电力系统的二阶数学模型在相平面的流行域内系统是单周期等幅振荡，系统稳定；在相平面的流行域外，系统是发散的。在无阻尼的情况下，舰船电力系

5、统的二阶数学模型在相平面的流行域内系统是收敛于一点；在相平面的流行域外，系统是发散的。在上述两种情况下系统不会出现混沌现象。其次，提出了研究混沌的方法。像Lyapunov指数法，相位图法，Poincare映射法，自功率谱密度法。Lyapunov指数法是一种定量的判定系统是否有混沌现象出现的方法，根据Lyapunov指数的符号决定系统是否有混沌现象出现，如果系统的Lyapunov指数符号有一个为正，在一定的条件下可判断系统是混沌的，否则系统不会出现混沌振荡。相位图法是直观的判断混沌的方法，如果系统是混沌振荡，其相位图表现出来的是无数个周期的运动，随着时间的增加，有

6、填充某个区域的特性。Poincare映射法是用很少的点来表现混沌的特性，如果系统是混沌，庞加莱影射的点将是一段连续的弧，而周期运动的映射是稀疏的几个点。自功率谱密度法是根据系统的频域特性来分析系统的混沌现象，混沌运动的频域特性是有连续的波峰。最后，用Lyapunov指数法定量分析了系统在加入扰动情况下的混沌出现的参数取值区间，并用相位图法，Poincare映射法，自功率谱密度法判断混沌现象。利用前面的理论及判断方法，着重运用RHR算法来定性的计算系统在加入周期的电磁扰动的情况下，系统的Lyapunov指数。用matlab进行编程数值分析，判定了系统的发生混沌的参

7、数取值区间。研究结果表明：舰船电力系统确实存在混沌现象。本文给出的研究方法可以很好的移植到三阶甚至更高阶的模型分析中，能够给出混沌现象发生的参数取值区间，起到了很好的预测效果。关键词：混沌；舰船电力系统；非线性模型；Lyapunov指数Poincare映射功率谱密度AbstractAbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnologyandwiththeincreaseofwarship’stonnage,electricandelectronicequipmentandweaponryequipment,theposi

8、tionandfunct