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1、摘 要 I 摘 要 在舰船的航行中，舰船轮机员与电机员多次在电力系统运行中观测记录到了非周期、貌似随机、突发或阵发性的电力系统振荡，有些现象的机理至今尚不完全清楚，这对舰船电网的安全运行构成了潜在的威胁，可能导致系统失稳。而混沌通常泛指那些貌似随机， 实际上由精确的法则所决定， 并对初始条件十分敏感的长期的动态行为。现有研究表明混沌运动有可能作为电力系统扰动失稳过程的一个中间阶段而存在，为得到一些对舰船电力系统稳定运行有参考价值的结论，这样就有必要对舰船电力系统进行数学建模，通过参数的数值分析，从而判断其是否出现混沌，加深对舰船电力系统复杂性的认识。此外当系统出现混沌时，应采取适当的控制策略对
2、舰船电力系统的混沌进行抑制，来保证和提高舰船电力系统的运行安全性和稳定性。因此，对舰船电力系统进行混沌研究有非常大的实际意义。 本文为了研究舰船电力系统在周期电磁扰动下会发生混沌的规律，应用 Melnikov和 Lyapunov 指数这两种方法作为舰船电力系统混沌运动的判据。 利用 Melnikov 方法，分析了系统发生混沌运动的解析条件， 并运用 Lyapunov 指数判别系统的动态行为。 这两种方法结合，有助于更准确、全面地认识和分析舰船电力系统的混沌运动。 另外对舰船电力系统的混沌进行了控制。从控制的角度来讲延迟反馈方法应该是对系统的混沌运动进行了预测，通过 Melnikov 方法确定了
3、延迟反馈方法中延迟时间和反馈系数k，不仅有效地避免了舰船电力系统的混沌运动的发生，透过 Melnikov 方法还能了解预防混沌运动发生的机理，即通过修改系统的参数，以至破坏系统发生混沌运动的参数条件；而自适应 Backstepping 方法实现了系统已经处于混沌运动，再投入控制器，能够达到迅速抑制混沌的目的。 关键词：关键词：舰船电力系统；混沌；Melnikov；Lyapunov 指数；自适应 BacksteppingAbstract II Abstract In the sailing, the marine engineer and member of the marine power s
4、ystem had observed the non-periodic, seemingly random, unexpected or paroxysmal oscillation of the marine power system many times when the power system was working. The mechanism of the phenomenon has not been entirely clear yet, which made a potential threat to the marine and even could lead the sy
5、stem to instability. Chaos usually refers to those seemingly random but decided by the precise rules in fact. And it is a long-term dynamic behavior which is sensitive to the initial conditions. It was showed by research that the chaos existed as an intermediate stage of the disturbed power system f
6、rom stability to instability. As to get some useful referenced conclusions to the stable operation of marine power system, it is necessary to establish marine power system mathematical model and determine whether chaos happens through numerical analysis. And it helps to deepen our understanding of t
7、he complexity of the marine power system. In addition when the chaotic oscillation happens, it should take appropriate control strategy to inhibit chaotic oscillation. So that it can ensure and improve security and stability of marine power system. Therefore, the study of chaos of marine power syste
8、m has great practical significance. Chaotic oscillation of marine power system which was excited by periodic electromagnetism perturbation was studied in this paper. The Melnikov and Lyapunov method were used to analysis the chaos of marine power system. The Melnikov method can give the analytic con
9、dition and the Lyapunov exponent was also used to show the dynamical action of disturbed system. This combination of the two methods contributed to a more accurate and comprehensive understanding and analysis of marine power systems chaotic oscillation. In addition, chaotic oscillation of marine pow
10、er system was controlled in this paper. From the perspective of the control, the delayed feedback method is used to forecast the chaos. The delay time and feedback coefficient of delayed feedback method were identified by Melnikov method. It was not only effective in avoiding the chaotic oscillation
11、 of marine power system, but could help to understand the mechanism of prevention chaotic oscillation through Melnikov method. That used revision of the system parameters to destroy the condition when the marine power system chaos happened. And it used backstepping method to design a controller whic
12、h was inputted when the Chaotic oscillation of marine power Abstract III system had happened and could inhibit chaotic oscillation quickly. Key words: marine power system； chaos；Melnikov；Lyapunov exponent；adaptation backstepping 论 文 独 创 性 声 明 论 文 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，
13、除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得江苏科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日 期： 学 位 论 文 使 用 授 权 声 明 学 位 论 文 使 用 授 权 声 明 江苏科技大学有权保存本人所送交的学位论文的复印件和电子文稿，可以将学位论文的全部或部分上网公布，有权向国家有关部门或机构送交并授权其保存、上网公布本学位论文的复印件或电子文稿。本人电子文稿的内容和纸质论文的内容一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借
14、阅。 研究生签名： 导师签名： 日 期： 日 期：第一章 绪 论 1 第一章 绪 论 1.1 混沌研究的意义 混沌通常泛指那些貌似随机，实际上由精确的法则所决定，并对初始条件十分敏感的长期有界的动态行为。混沌现象是丝毫不带随机因素的固定规则所产生的，研究动态系统的混沌机制在今天有更多的现实意义1。它说明精确的预测从原则上讲是能够实现的，加上计算机的快速跟踪，就能够深入探讨各种强非线性系统的特征，开创了模型化的新途径。 如今，混沌已成为各学科关注的一个学术热点2。确定性系统的混沌使人们看到了普遍存在于自然界而人们多年来视而不见的一种运动形式。混沌无所不在，它存在于大气中，海洋湍流中，野生动植物种
15、群数的涨落中，风中飘拂的旗帜中，心脏和大脑的振动中，人们手中香烟的袅袅烟纹中，自来水龙头的水滴中等等。世界是混沌的，混沌遍世界。目前，许多科学家都在利用非线性动力学的方法来研究混沌运动，探索复杂现象的无序中的有序和有序中的无序，就是新兴的混沌学的任务。 进入 20 世纪 90 年代，非线性动力学中分岔和混沌理论的建立，使非线性科学有了可靠的理论保证，并激励着众多的自然科学、工程学和数学工作者的深入探索和研究。而混沌的应用研究比理论研究更为引人注目，很难再有另外一门学科能在这么短的时间内渗透到如此多的学科中并产生重要的影响。 正如模糊论填补了精确论和概率论之间的空白一样，混沌论在确定论和随机论之
16、间架起一座桥梁3。但混沌的意义远不止这些。混沌有无序的一面，但在某些情况下它反而是组织结构和高度有序的表现，是系统进化和产生信息之源。这些都将对人们的科学观和方法论产生重大影响，并激励人们去研究和探索。混沌理论在解决各种问题的威力已初见端倪，为人们认识世界、改造世界提供了有力的武器。今天，伴随计算机等技术的飞速进步，混沌学已发展成为一门影响深远、发展迅速的前沿科学。 混沌不是偶然的、个别的事件，而是普遍存在于宇宙间各种各样的宏观及微观系统的，万事万物，莫不混沌。混沌也不是独立存在的科学，它与其它各门科学互相促进、互相依靠，由此派生出许多交叉学科4-10，如混沌气象学、混沌经济学和混沌数学等。混沌学不仅极具研究价值，而且有现实应用价值。 1.2 舰船电力系统混沌研究的意义 舰船电力系统本质上是一个高度非线性非自治的高阶复杂系统，其可靠性和稳定第一章 绪 论 2 性对
