船舶双馈轴带发电机能够充分利用主机剩余功率,提高主机燃油效率,且具有变换器容量小、转速运行范围较宽等优点,是船舶电力系统的重要组成部分。处于独立运行状态的双馈轴带发电机受各类船舶负载的影响,其交流发电电压易产生幅值波动、不平衡和谐波畸变等问题,降低发电电能质量,削弱电力系统的稳定性。另外,随着船舶直流电网的应用,研究双馈轴带的直流发电运行状态,提高双馈轴带的运行性能,受到了越来越广泛的关注。因此,本文以独立运行的双馈轴带发电机为研究对象,对连接平衡负载、不平衡负载、非线性负载的交流发电状态和连接直流负载的直流发电状态的控制运行展开研究。主要研究工作如下:第一,考虑独立运行双馈轴带交流发电机连接平衡负载的情况,针对转子侧变换器提出了一种改进的矢量控制方法。设计改进的定向方法与基于扩张状态观测器的非奇异终端滑模转子电流控制器,以减小控制器对电机参数的依赖,增强对负载变化的鲁棒性,提高发电控制效果。通过仿真和实验对所设计的控制器用于双馈轴带发电机的恒定电压输出能力和变速恒频性能进行了验证。第二,考虑不平衡负载对独立运行双馈轴带发电机输出电压的影响,设计改进型扩张状态观测器,同时对正序和负序分量进行估计,结合非奇异终端滑模设计直接电压控制器,用于转子侧变换器控制,简化控制器结构,改善电压动态控制性能。鉴于改进扩张状态观测器的优异估计能力,设计的控制器在转子电压中叠加特定的二倍频交流信号,以抑制负序定子电压,保证输出电压的平衡与稳定。通过仿真和实验对所设计的控制器用于不平衡负载下双馈轴带发电系统的平衡电压发电性能进行分析,验证了设计控制器的有效性。第三,考虑非线性负载在独立运行双馈轴带发电机的定子电压中引入谐波的影响,设计可同时估计直流量和六倍频交流量的增强型扩张状态观测器,结合超螺旋滑模设计改进的直接电压控制器,在转子电压中加入特定的六倍频交流信号,以抑制定子电压中的-5次和7次谐波,提高电压正弦度,改善发电电能质量,增强电压控制鲁棒性。通过仿真和实验对所设计的直接电压控制器用于线性和非线性负载下双馈轴带发电系统的有效性进行验证。第四,考虑双馈轴带发电机的定子端连接不可控整流器进行直流发电的独立运行情况,设计基于扩张状态观测器的超螺旋滑模直流电压控制器,改善直流电压的动态调节性能;进一步分析不可控整流器引入的谐波电流对双馈电机的影响,设计了转子电流交流给定计算模块和基于谐振扩张状态观测器的超螺旋滑模转子电流控制器,调节转子电流的谐波分量至最优状态,在保证直流电压控制稳定的同时,抑制定子电流与转子电流谐波,减小电机的六倍频转矩脉动和变换器开关损耗,改善双馈电机的运行特性。通过仿真和实验对设计的控制器用于独立运行双馈轴带直流发电系统的可行性和有效性进行了验证。