摘 要

船舶电力系统是整个船舶系统的重要组成部分,它具有岸电系统相似功能,但相比于岸电电网,船舶电网又十分特殊。根据《钢质海船入级与建造规范》内容要求，船舶电站电网电压需要达到一定的品质来保证用电设备的正常工作，同时自动调压装置也需要满足一定的调压特性要求。

自动调压装置分为很多类，按照控制系统的不同可分为开环控制与闭环控制。开环控制即为以负载变化进行调节的不可控相复励，闭环控制即为以电压偏差进行调节的晶闸管自励恒压装置。经过对比二者的调压特性，我们得出按负载调节的动态性能好，但是调压精度不够；按照电压偏差调节的静态电压调整率高，但是系统响应没有开环控制那么迅速。所以，提出了综合以上两种调压方式优点的复合调节。

现代船舶电站调压设备一般都是复合调节。不过随着船舶吨位和自动化程度的不断提升，对于船舶电站自动调压装置也有了更高的要求，原本的模拟式AVR一些弊端日益明显。这时开发以微机调节器为核心的数字式AVR势在必行。本文介绍了数字式AVR的工作原理、硬件组成、参数采集和控制算法，并对其调压效果进行分析。

本文特色：对于船用AVR有着新颖的分类，即开环控制与闭环控制，它们本身就有着个自己控制特点，结合船舶电站的需要，进一步的进行调压效果分析。并且对于现代自动化船舶适用的调压器进行了介绍，做出了合理的展望。

关键词：发电机自动励磁装置 开环控制与闭环控制 PID与模糊PID算法

Abstract

Marine Power System is part of the overall system of the ship, which has a similar function shore power system, but compared to the shore power grid, Ship Power has its particularity. According to "steel ships into the Classification and Construction," the content requirements of ship power station grid voltage required to achieve a certain quality to ensure the normal operation of electrical equipment, and automatic pressure regulating device regulator also need to meet certain performance requirements.

Automatic pressure regulating device is divided into many categories, according to the control system can be divided into open-loop control and closed-loop control. Open-loop control in accordance with the load changes uncontrollable phase compound excitation. Closed-loop control device is thyristor self-excitation constant voltage deviation regulation. By comparison, We have come to adjust according to the load dynamic performance is good, but not enough precision regulator; voltage bias regulator has high static voltage regulation, but the lack of precision regulation. Therefore, combining the advantages of these two devices, made of Composite

Modern Marine Power Station Surge equipment are generally complex regulation. But as the tonnage and rising degree of automation, automatic pressure regulating device for ship power station also have higher requirements, analog AVR increasingly obvious shortcomings Microcomputer regulator as the core digital AVR is imperative. This article describes the working principle of digital AVR, hardware, acquisition parameters and control algorithms, and to analyze the effect of the regulator.

The paper features:AVR for marine classification is innovative,open-loop control and closed-loop control,which itself has control of their own characteristics,combined with the need to ship power station,further analysis of the effect of the regulator.Suitable for modern automation and ship regulators were introduced to make a reasonable prospect.

Keywords: generator automatic excitation device open-loop and closed-loop control

PID control and fuzzy PID algorithm

目录

第1章 绪论 1

1.1船舶自动电压调节介绍 1

1.2选题目的及意义 2

1.3本文的主要内容 3

第2章 自励恒压装置概述 4

2.1同步电机电压波动 4

2.2自励恒压装置的功能 5

2.3船级社对自励恒压装置的基本要求 5

第3章 电压调节开环控制原理 7

3.1相复励恒压装置概述 7

3.1.1相复励恒压原理 7

3.1.2相复励恒压装置的分类 8

3.2电磁叠加的相复励自励恒压装置 9

3.2.1电磁叠加式相复励自励恒压装置概述 9

3.2.2电磁叠加式相复励自励恒压装置组成 9

3.2.3电磁叠加的相复励自励恒压装置特点 10

第4章 电压调节闭环控制原理 11

4.1晶闸管自动励磁装置概述 11

4.2晶闸管自动励磁装置组成 11

4.2.1测量比较电路 11

4.2.2比较整定电路 12

4.2.3运算放大电路 13

4.2.4移相触发电路与可控整流电路 13

4.2.5保护和起励电路 14

4.3晶闸管自动励磁装置调压特点 15

第5章 电压调节复合控制原理 16

5.1电压调节复合控制概述 16

5.2数字化AVR的工作原理 17

5.3数字化AVR的系统结构 18

5.4 AVR的硬件组成 20

5.4.1功率电路 20

5.4.2控制电路 21

5.5数字式AVR参数采集算法 21

5.6数字式AVR控制算法 22

5.6.1 PID励磁控制 22

5.6.2模糊PID算法 24

第6章 总结与展望 25

参考文献 26

致谢 27

绪论

1.1船舶自动电压调节介绍

船舶电力系统是整个船舶系统的重要组成部分,它跟岸电系统的功能相似,但又具有特殊性^[9]。第一,岸电电网的电站容量足够大,一般可当做无穷大系统考虑;相比而言船舶电网的容量要小很多,且受负载扰动的影响较大。第二,船舶用电设备大多为感性负载，交流同步发电机由于负载电流将产生退磁，电动机端子电压因电流幅值和功率因数的变化而变化。因此船舶交流同步发电机必须设有自动电压调整装置或自励恒压装置（能自激起励，并在负载变化时自动维持电压恒定的装置）来调整发电机的端电压^[11]。第三，船舶系统负载里,一些动力负载的单机功率甚至等于同步电机的单机容量。如:船首的侧推电动机和一些压载泵的电动机^[9]。由于船舶电站的这些特殊性,使船舶电网电压在负载变化面前更加敏感。因此,必须对船舶同步发电机装配维持端电压稳定的励磁调节器用以保持船舶电网电压满足要求。

同步发电机电压稳定性是恒定电品质的重要指标。在实际操作中，电压是一个不断变化的量。尤其在容量较小的电站中，电压变动相对严重。为了维持电力系统的正常运行，就要维持发电机电压的恒定。调节发电机端电压就是通过调整励磁电流来调整无功功率。自动电压调整方式即所谓自动调压，实质上就是自动调整励磁电流。任何类型的自动电压调整器的基本作用，其本质都是自动调整励磁电流。