在船舶喷水推进装置中多选择柴油机作为动力主机,为了设计更精确的柴油主机调速系统、实现航速与航向的协调控制,需要建立适合工程应用的柴油机主机数学模型。我国柴油机主机调速技术水平仍然不高,主机对象建模、调速控制器设计等仍然有研究的价值。装备在喷水推进快艇上的柴油机主机调速系统,以油门控制电机的角度信号作为输入,柴油机主机转速作为输出,本文建立了两套柴油机主机广义对象模型,即分段低阶等效模型和一阶仿射非线性模型。针对本文的研究对象,设计主机调速系统开环实验,得到了不同速度段的柴油机主机开环阶跃响应曲线,采用响应函数法对柴油机主机模型中的参数进行了辨识,并用实测数据进行验证,结果表明柴油机主机分段低阶模型拟合优度在98%以上,模型可以较好地描述柴油机主机广义对象的稳态特性,但是需要考虑在不同工况下的模型无扰动切换。另一方面一阶仿射非线性模型的拟合优度也在95%以上,可应用于全工况。柴油机一阶仿射非线性模型建模阶段采用非线性机理建模技术路线,模型应用时采用反馈线性化的方法对状态空间模型进行全局线性化处理,将其转换为线性系统。在Simulink中搭建了仿真模型,进行了基于模型的控制系统设计,给出了纯机械调速器、常规PID+机械调速器、反馈线性化PID+机械调速器、反馈线性化滑模控制器+机械调速器的控制效果及抗干扰能力的对比效果。研究结果表明,使用常规PID+纯机械调速器调整时间长抗干扰能力较差,反馈线性化PID+机械调速器调整时间短有一定的抗干扰能力,反馈线性化滑模控制器+机械调速器调整时间短有较强的抗干扰能力。