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序
目次
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《船舶電力系統建模與控制》在介紹船舶電力系統結構的基礎上，論述了船舶電力系統建模的機理方法、非線性方法與神經網絡方法，構建了船舶電力系統的數字仿真系統。作為船舶電力系統建模與控制的應用，介紹了一種船舶自動化電站模擬器的開發方法與實現案例。《船舶電力系統建模與控制》深入淺出、內容豐富、材料翔實，有比較多的船舶電力系統建模、分析與控制、船舶電能質量參數檢測與改善的案例，反映了船舶電力系統研究的一些新成果。
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《船舶電力系統建模與控制》可供在電力系統、船舶電力系統、輪機工程、系統建模與控制等領域從事研究的廣大科技工作者參考，也可作為相關專業師生的參考用書。
序
隨著我國航運與造船事業的飛速發展，一個航運與造船大國如何發展為航運與造船強國成為關心遠洋運輸與船舶領域發展的廣大高校師生與科技工作者思考的熱點問題。要實現這個轉變，需要有知識創新，需要有相關理論與技術的有力支撐，需要培養一批具有良好船舶電力系統理論與專業技術的人才，需要他們為之進行努力與奮斗。目前，海洋船舶的噸位越來越大，尤其是電力推進船舶已開始實質性應用，船舶電力系統的內容因涉及船舶主動力系統，成為海洋船舶最重要的系統之一。船舶電力系統建模與控制是電力系統及其相關理論與技術的一部分，對于遠洋運輸船舶這樣的海上獨立與按需移動的交通工具，船舶電力系統分布在一個移動與狹小的空間內，電氣設備密度高；船舶電力系統與陸用無窮大電網相比，系統的容量小，但作為單個移動體，船舶電力系統的容量是已知系統中最大的；船舶電力系統的特性與陸用無窮大電網有明顯不同，很多方面不能用無窮大系統進行描述，有其固有的運行特點。船舶電力系統的建模、特性分析與控制是深入研究船舶電力系統的基礎，非常值得研究。由于船舶工業環境惡劣，使得船舶電力系統的電能質量問題越來越成為許多研究者關心的問題。
本書從船舶電力系統的基本概念與工作原理出發，介紹了船舶電力系統的結構、機理建模、非線性建模與神經網絡建模方法；分析了船舶電力系統的特性，深入分析了船舶電力系統的混沌與隨機分形特性。在船舶電力系統控制方面，以船用柴油發電機組控制為重點，首先介紹了常用的控制方法，對柴油發電機形成的船舶電力系統的電壓與頻率的控制原理進行了論述；然後重點論述了船用發電機組的人工神經網絡控制方法。電能質量方面，重點論述了船舶電力系統電能質量參數的測量方法與測量系統，論述了船舶電力系統電能質量的改善方法，針對船級社對船舶電力系統電能質量測量與控制的相關規范進行了介紹。
為提高遠洋運輸船舶電氣/輪機工程人員的技術素質，世界海事組織要求運用船舶自動化電站模擬器進行船舶電氣/輪機工程人員的技術培訓。運用模擬器進行船舶自動化電站專業知識與技術培訓具有教學效率高和成本低的優點。因此，船舶自動化電站系統仿真裝置（模擬器）研究成為國際國內相關行業研究的一個熱點。作為船舶電力系統建模與控制的目的之一，最後論述了開發實現船舶自動化電站系統仿真裝置的一種方法。
本書的第1~6章，以及第10章由施偉鋒教授撰寫，第7~9章由許曉彥教授撰寫。博士後燕存良、博士生周左?、碩士生丁立剛、楊建敏和梁璟旻老師參與了本書的部分編寫工作。
本書獲得上海市教育委員會科研創新（重點）項目（12ZZ155）、上海海事大學研究生教材建設項目、上海市教育委員會重點學科“港航電力傳動與控制工程（J50602）”的資助，在此一并表示感謝。
限于作者的水平，書中難免有不當之處，歡迎各位專家批評指正。
作者
2011年12月
本書從船舶電力系統的基本概念與工作原理出發，介紹了船舶電力系統的結構、機理建模、非線性建模與神經網絡建模方法；分析了船舶電力系統的特性，深入分析了船舶電力系統的混沌與隨機分形特性。在船舶電力系統控制方面，以船用柴油發電機組控制為重點，首先介紹了常用的控制方法，對柴油發電機形成的船舶電力系統的電壓與頻率的控制原理進行了論述；然後重點論述了船用發電機組的人工神經網絡控制方法。電能質量方面，重點論述了船舶電力系統電能質量參數的測量方法與測量系統，論述了船舶電力系統電能質量的改善方法，針對船級社對船舶電力系統電能質量測量與控制的相關規范進行了介紹。
為提高遠洋運輸船舶電氣/輪機工程人員的技術素質，世界海事組織要求運用船舶自動化電站模擬器進行船舶電氣/輪機工程人員的技術培訓。運用模擬器進行船舶自動化電站專業知識與技術培訓具有教學效率高和成本低的優點。因此，船舶自動化電站系統仿真裝置（模擬器）研究成為國際國內相關行業研究的一個熱點。作為船舶電力系統建模與控制的目的之一，最後論述了開發實現船舶自動化電站系統仿真裝置的一種方法。
本書的第1~6章，以及第10章由施偉鋒教授撰寫，第7~9章由許曉彥教授撰寫。博士後燕存良、博士生周左?、碩士生丁立剛、楊建敏和梁璟旻老師參與了本書的部分編寫工作。
本書獲得上海市教育委員會科研創新（重點）項目（12ZZ155）、上海海事大學研究生教材建設項目、上海市教育委員會重點學科“港航電力傳動與控制工程（J50602）”的資助，在此一并表示感謝。
限于作者的水平，書中難免有不當之處，歡迎各位專家批評指正。
作者
2011年12月
目次
第1章 概述
1.1 船舶電力系統的形成與發展
1.2 船舶電力系統建模與控制概述
第2章 船舶電力系統結構
2.1 船舶電力系統基本結構與運行工況
2.2 典型船舶電力系統
2.2.1 柴油機動力裝置船舶電力系統
2.2.2 軸帶發電機船舶電力系統
2.2.3 電力推進船舶電力系統
2.2.4 船舶應急電力系統
2.3 船舶電力系統的船級社規范要求
第3章 船舶電力系統機理建模與分析
3.1 船舶電力系統廣義模型構建
3.2 船舶電力系統機理建模與仿真
3.2.1 船舶電力系統建模
3.2.2 船舶電力系統數字仿真平臺的建立
3.2.3 船舶電力系統仿真結果與分析
3.3 船舶電力系統非線性建模與混沌現象分析
3.3.1 混沌現象與分析方法
3.3.2 船舶電力系統非線性建模與隨機分形
3.3.3 船舶電力系統三維自治系統模型與混沌
第4章 船舶柴油發電機神經網絡建模
4.1 神經網絡建模方法
4.1.1 神經網絡知識模型辨識原理簡述
4.1.2 RBF神經網絡與Hopfield神經網絡結構與特性
4.1.3 神經網絡建模結構
4.2 一種局部遞歸混沌神經網絡
4.2.1 神經網絡的非線性動力學特性與混沌神經網絡
4.2.2 局部遞歸混沌神經網絡的神經元動力學特性分析
4.2.3 局部遞歸混沌神經網絡構建與學習
4.3 基于RBF神經網絡的船舶發電機建模
4.4 基于混沌神經網絡的船舶發電機建模
4.5 船舶電力系統動態響應特性的Hopfield神經網絡識別
4.5.1 離散聯想記憶原理簡述
4.5.2 船舶電力系統動態響應特性的識別
第5章 船舶電力系統穩定與控制
5.1 船舶電力系統穩定與控制概念
5.1.1 電力系統穩定概念與分類
5.1.2 船舶電力系統發電機組控制方式
5.2 船舶電力系統電壓與無功功率控制
5.2.1 船舶發電機勵磁控制系統結構與分類
5.2.2 船舶發電機勵磁控制基本原理
5.2.3 無功功率與電壓控制的其他控制方法
5.3 船舶電力系統頻率與有功功率控制
5.3.1 船舶發電機組轉速控制系統結構與分類
5.3.2 船舶發電機組轉速Smith預估數字PID控制
5.3.3 船舶發電機自動調頻調載控制
第6章 船舶發電機組神經網絡控制
6.1 神經網絡控制方法
6.2 CMAC神經網絡的特性
6.3 CMAC神經網絡控制
6.4 船舶發電機組控制系統結構
6.5 船舶柴油發電機組轉速CMAC神經網絡控制
6.5.1 發電機組轉速控制系統設計
6.5.2 發電機組轉速控制算例
6.6 船舶發電機勵磁CMAC神經網絡控制
6.6.1 發電機勵磁控制系統設計
6.6.2 發電機勵磁控制算例
6.7 船舶柴油發電機組轉速與勵磁雙回路CMAC神經網絡并行控制
6.8 船舶發電機神經網絡容錯控制
第7章 船舶電力系統電能質量特性及其分析
7.1 船舶電力系統電能質量特性分析
7.1.1 船舶電力系統電能質量參數特性
7.1.2 供電質量與用電質量
7.1.3 船舶電力系統電能質量評估
7.2 船舶電力系統電能質量指標
7.2.1 通用電網的電能質量指標
7.2.2 船舶電力系統電能質量指標
7.3 帶變流器子系統的船舶電網諧波分析
第8章 船舶電力系統電能質量參數測量
8.1 電力系統電能質量參數測量方法
8.1.1 模擬量系統
8.1.2 數字量系統
8.2 電力系統電能質量參數測量系統
8.2.1 常規電力系統中電能質量參數測量系統
8.2.2 船舶電力系統電能質量參數測量系統
第9章 船舶電力系統電能質量控制方法與規范
9.1 控制船舶電力系統電能質量的意義
9.1.1 電能質量與船舶運行的安全性
9.1.2 電能質量參數與船舶運行的經濟性
9.2 船舶電力系統電能質量改善方法
9.2.1 電力系統電能質量改善的通用方法
9.2.2 船舶電力系統電能質量改善方法
9.2.3 船舶電力系統電能質量控制的展望
9.3 船級社對船舶電力系統電能質量測量與控制的規范
9.3.1 船舶電力系統電能質量參數測量裝置
9.3.2 船舶電力系統電能質量參數測量與控制的規范
第10章 船舶自動化電站仿真裝置開發
10.1 系統仿真的基本概念
10.2 船舶自動化電站模擬器模型組成
10.3 船舶自動化電站模擬器系統硬件支持平臺
10.4 船舶自動化電站模擬器系統軟件開發
參考文獻
1.1 船舶電力系統的形成與發展
1.2 船舶電力系統建模與控制概述
第2章 船舶電力系統結構
2.1 船舶電力系統基本結構與運行工況
2.2 典型船舶電力系統
2.2.1 柴油機動力裝置船舶電力系統
2.2.2 軸帶發電機船舶電力系統
2.2.3 電力推進船舶電力系統
2.2.4 船舶應急電力系統
2.3 船舶電力系統的船級社規范要求
第3章 船舶電力系統機理建模與分析
3.1 船舶電力系統廣義模型構建
3.2 船舶電力系統機理建模與仿真
3.2.1 船舶電力系統建模
3.2.2 船舶電力系統數字仿真平臺的建立
3.2.3 船舶電力系統仿真結果與分析
3.3 船舶電力系統非線性建模與混沌現象分析
3.3.1 混沌現象與分析方法
3.3.2 船舶電力系統非線性建模與隨機分形
3.3.3 船舶電力系統三維自治系統模型與混沌
第4章 船舶柴油發電機神經網絡建模
4.1 神經網絡建模方法
4.1.1 神經網絡知識模型辨識原理簡述
4.1.2 RBF神經網絡與Hopfield神經網絡結構與特性
4.1.3 神經網絡建模結構
4.2 一種局部遞歸混沌神經網絡
4.2.1 神經網絡的非線性動力學特性與混沌神經網絡
4.2.2 局部遞歸混沌神經網絡的神經元動力學特性分析
4.2.3 局部遞歸混沌神經網絡構建與學習
4.3 基于RBF神經網絡的船舶發電機建模
4.4 基于混沌神經網絡的船舶發電機建模
4.5 船舶電力系統動態響應特性的Hopfield神經網絡識別
4.5.1 離散聯想記憶原理簡述
4.5.2 船舶電力系統動態響應特性的識別
第5章 船舶電力系統穩定與控制
5.1 船舶電力系統穩定與控制概念
5.1.1 電力系統穩定概念與分類
5.1.2 船舶電力系統發電機組控制方式
5.2 船舶電力系統電壓與無功功率控制
5.2.1 船舶發電機勵磁控制系統結構與分類
5.2.2 船舶發電機勵磁控制基本原理
5.2.3 無功功率與電壓控制的其他控制方法
5.3 船舶電力系統頻率與有功功率控制
5.3.1 船舶發電機組轉速控制系統結構與分類
5.3.2 船舶發電機組轉速Smith預估數字PID控制
5.3.3 船舶發電機自動調頻調載控制
第6章 船舶發電機組神經網絡控制
6.1 神經網絡控制方法
6.2 CMAC神經網絡的特性
6.3 CMAC神經網絡控制
6.4 船舶發電機組控制系統結構
6.5 船舶柴油發電機組轉速CMAC神經網絡控制
6.5.1 發電機組轉速控制系統設計
6.5.2 發電機組轉速控制算例
6.6 船舶發電機勵磁CMAC神經網絡控制
6.6.1 發電機勵磁控制系統設計
6.6.2 發電機勵磁控制算例
6.7 船舶柴油發電機組轉速與勵磁雙回路CMAC神經網絡并行控制
6.8 船舶發電機神經網絡容錯控制
第7章 船舶電力系統電能質量特性及其分析
7.1 船舶電力系統電能質量特性分析
7.1.1 船舶電力系統電能質量參數特性
7.1.2 供電質量與用電質量
7.1.3 船舶電力系統電能質量評估
7.2 船舶電力系統電能質量指標
7.2.1 通用電網的電能質量指標
7.2.2 船舶電力系統電能質量指標
7.3 帶變流器子系統的船舶電網諧波分析
第8章 船舶電力系統電能質量參數測量
8.1 電力系統電能質量參數測量方法
8.1.1 模擬量系統
8.1.2 數字量系統
8.2 電力系統電能質量參數測量系統
8.2.1 常規電力系統中電能質量參數測量系統
8.2.2 船舶電力系統電能質量參數測量系統
第9章 船舶電力系統電能質量控制方法與規范
9.1 控制船舶電力系統電能質量的意義
9.1.1 電能質量與船舶運行的安全性
9.1.2 電能質量參數與船舶運行的經濟性
9.2 船舶電力系統電能質量改善方法
9.2.1 電力系統電能質量改善的通用方法
9.2.2 船舶電力系統電能質量改善方法
9.2.3 船舶電力系統電能質量控制的展望
9.3 船級社對船舶電力系統電能質量測量與控制的規范
9.3.1 船舶電力系統電能質量參數測量裝置
9.3.2 船舶電力系統電能質量參數測量與控制的規范
第10章 船舶自動化電站仿真裝置開發
10.1 系統仿真的基本概念
10.2 船舶自動化電站模擬器模型組成
10.3 船舶自動化電站模擬器系統硬件支持平臺
10.4 船舶自動化電站模擬器系統軟件開發
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