柴油发电机供电系统为孤立电网,负载的冲击将引起柴油发电机转速的波动并影响供电质量。对控制算法进行改进可以改善调速系统控制器的响应性能,控制算法对调速系统性能的改善空间受柴油发电机固有特性和执行机构的惯性与摩擦的限制,因此通过改善控制器算法对提高调速系统的响应性能具有一定的局限性。变惯量飞轮在机组负载变化时改变机组的转动惯量,因而变惯量飞轮可以在柴油发电机负载变化时改善转速的瞬态特性,但是无法改变调速系统的稳态误差。负载扰动具有随机性并且调速系统和变惯量飞轮存在建模误差带来的参数不确定性,鲁棒控制方法可以提高具有不确定性的系统的抗干扰性能,但是仅采用鲁棒控制方法设计的控制器存在阶数过高不易实现的问题。将变惯量飞轮与鲁棒控制器相结合可以在达到满意的系统性能的前提下降低鲁棒控制器的阶数。为了提高柴油发电机转速受负载冲击时的稳定性,本文提出了一种变转动惯量飞轮,通过分析飞轮质量块的受力推导出了飞轮质量块运动微分方程。对质量块运动方程进行线性化并获得了质量块运动控制系统模型。通过控制框图的简化推导出了增加变惯量飞轮的柴油发电机线性定常调速控制系统,在频域分析了变惯量飞轮对调速系统性能的影响,分析了变惯量飞轮的增加及其参数的变化对调速系统零极点位置的影响和对系统响应速度、抗干扰性能的影响。考虑到建模时采用近似线性化带来的建模误差和参数摄动以及负载扰动的随机性,建立了增加变惯量飞轮的调速系统参数摄动模型,分析了参数的摄动对系统性能的影响并进行了H∞鲁棒控制器的设计。使用推导得到的调速系统线性定常控制系统模型分析了变惯量飞轮和鲁棒控制器对调速系统性能的影响。仿真结果表明,在柴油机输出扭矩与负载不平衡时,变惯量飞轮可以进行能量的储存和释放以维持系统能量的平衡从而使转速的变化更加平稳。由于负载的波动常常是无法预知的且具有一定的随机性,变惯量飞轮以飞轮动能的变化来补偿负载的变化,实现负载变化时的柴油机转速不变。在频域进行的分析表明变惯量飞轮减小了调速系统的谐振峰值和带宽,表明变惯量飞轮改善了调速系统响应的瞬态特性。鲁棒控制器在系统参数摄动和外界扰动的情况下使得调速系统具有更好的稳定性和更快速的响应。由于变惯量飞轮可以改变发电机的固有特性,将鲁棒控制方法和变惯量飞轮结合可避免仅采用鲁棒控制由于控制器阶数过高不易实现的问题。