【導讀】統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運行狀況。通過掌握利用MATLAB對勵磁控制進行分析和研究的。技能,能靈活應用MATLAB的SIMULINK仿真軟件,分析系統(tǒng)的性能。問題和研究解決實際生產(chǎn)問題上去。及其附屬設備統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。為保證同步電機的正常運行,勵磁系統(tǒng)應能夠穩(wěn)。故障而使電網(wǎng)電壓下降時,勵磁系統(tǒng)應能快速強行勵磁,以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性;當同步電機內部發(fā)生短路故障時,為迅速排除故障并使故障局限在最小范圍內,按照所采用的整流裝置,目前的勵磁系統(tǒng)可分為2類:一類是用。流變成直流后供給勵磁的半導體勵磁系統(tǒng)。無論采取哪種方式,同步發(fā)電機勵磁。系統(tǒng)都是通過調節(jié)發(fā)電機勵磁繞組兩端的勵磁電壓,從而影響發(fā)電機的電動勢,達到穩(wěn)定端電壓的目的。庫,充分顯現(xiàn)了其仿真平臺的優(yōu)越性。同時更重要的是,MATLAB提供了豐富的工。以及大量的實用模塊,在Simulink環(huán)境下,不僅可以進行電力系統(tǒng)的。高級技術計算語言和交互式環(huán)境,主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。測試和測量、財務建模和分析以及計算生物學等眾多應用領域。

　　

【正文】 勵磁控制系統(tǒng)構成框圖 (1)勵磁機的傳遞函數(shù)為 : GE s 1 TE S + K E + S 39。 (413) 式中 TE 為勵磁機時間常數(shù) , S E 為飽和函數(shù) , K E 為由勵磁回路電阻和氣隙特性斜 率構成。 (2)同步發(fā)電機的傳遞函數(shù)為 : G s K G G 1 + T 39。s (425) 式中 T 39。 為發(fā)電機空載轉自時間常數(shù) , K G 為發(fā)電機放大倍數(shù)。 (3)勵磁調節(jié)器各單元的傳遞函數(shù) 1)電壓測量比較單元 : 有測量變壓器、整流濾波電路及測量比較電路組成 ,因此測量比較電路的傳遞 函數(shù)為 : GR s K R 1 + TR s (418) 式中 TR 為時間常數(shù) , K R 為放大倍數(shù)。 2)綜合放大單元 : 在電子型調節(jié)器中試由運算放大器組成的 ,在電磁型調節(jié)器中則采用磁放大器 , 其傳遞函數(shù)為 : G A s K A 1 + TA s 419 式中為 TA 放大器時間常數(shù) , K A 電壓放大系數(shù)。 3 )功率放大單元 : 其傳遞函數(shù)為 : Gs K z 1 + Tz s 424 式中 Tz 1/mf 為最大可能滯后時間常數(shù) m 為整流相數(shù) ,f 為電壓頻率 。 K Z 為整 流電路放大倍數(shù)。 勵磁控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) [3] 求得勵磁控制系統(tǒng)各單元的傳遞函數(shù)后 ,按上圖 31 可以組成勵磁系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 框圖 ,則同步發(fā)電機控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)框圖如圖 32。 放大單元 限幅 測量單元 圖 32 勵磁 控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖 4 勵磁控制系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 勵磁系統(tǒng)的仿真 典型的勵磁控制系統(tǒng)穩(wěn)定計算參數(shù) [3]如下 : T 0s, T 39。 , TE , TR , K E 1, K G 1, K A 10 由圖 32 可以得到下圖 41 勵磁系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型框圖 階躍 開環(huán)放大 輸入 限幅 勵磁機 測量比較 發(fā)電機 示波器 閉環(huán)傳遞函數(shù) 41 勵磁系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型框圖 閉環(huán)傳遞函數(shù)模型 根據(jù)圖 41 我們可以得到閉環(huán)傳遞函數(shù)模型框圖 42 1 放大單元 勵磁機 測量單元 1 發(fā)電機 打開 SMULILNK 仿真環(huán)境 : 42 閉環(huán)傳遞函數(shù)模型框圖 1 在 Simulink 窗口下的 File 菜單中選擇 New 命令創(chuàng)建一個 untitled 空白文件窗口 ,保 存 ,命名為 :。 (2)根據(jù)勵磁系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)模型框圖建立勵磁系統(tǒng)的仿真模型。 (3)利用 Simulink 建立仿真模型后利用 MATLAB 程序 : [a,b,c,d]linmod239。bhhs39。 s1ssa,b,c,d s2tfs1 可得系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為 : 求階躍響應 輸入 MATLAB 程序 steps2 得到階躍響應圖 43 + s 3 + 2 + + 開環(huán)傳遞函數(shù) 43 階躍響應 開環(huán)傳遞函數(shù)模型 開環(huán)傳遞函數(shù)模型框圖如下圖 44 圖 44 開環(huán)傳遞函數(shù)模型框圖 打開 SMULILNK 仿真環(huán)境 : 1 在 Simulink 窗口下的 File 菜單中選擇 New 命令創(chuàng)建一個 untitled空白文件窗口 ,保 存 ,命名為 :。 (2)根 據(jù)勵磁系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)模型框圖建立勵磁系統(tǒng)的仿真模型。 (3)利用 Simulink 建立仿真模型后利用 MATLAB 程序 : [a,b,c,d]linmod239。khhs39。 s1ssa,b,c,d s2tfs1 可得系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為 : 根軌跡圖設計器 s 3 + 2 + + 根軌跡設計器可以方便地調整并及時觀看開環(huán)放大倍數(shù)對系統(tǒng)性能的影響 ,也可以 進行零、極點設計 ,另外還可以觀看脈沖響應、 Bode,、 Nyquist 圖等 ,不足的是對勵磁 系 統(tǒng)穩(wěn)定器多環(huán)系統(tǒng)的分析還是不方便。 在 MATLAB 命令窗口鍵入 : n[]。 dconvconv[1 ],[1 ],[1 25]。 stfn,d。 rltools 打開根軌跡設計器如圖 45 圖 45 根軌跡圖 調節(jié)參數(shù) C 相當于改變開環(huán)放大倍數(shù) ,可以看到極點位置在移動、同時可以觀察 階躍響應的變化。 圖 46是 C1時的階躍響應 ,系統(tǒng)是穩(wěn)定的 ,但是調整時間太長 ,還是不符合要求。 圖 47 是 C 時的階躍響應圖 ,系統(tǒng)是穩(wěn)定的 ,但超調量等指標不符合要求。 圖 48 是 C 時的階躍響應圖 ,此時極點己到了復平面的右半部分 ,系統(tǒng)變得不 穩(wěn)定了。 圖 46 C1 時的階躍響應 圖 47 時的階躍響應 Simulink 求階躍響應 圖 48 時的階躍響應 利用 Simulink 建立如下圖 49 模型框圖 49 勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)框圖 建立 49 模型后為了更好的進行比較 ,調節(jié)放大單元放大倍數(shù)分別為10,30,60 倍 是點擊開始仿真得到階躍響應圖 410,411,412。 圖 410 放大 10 倍階躍響應圖 圖 411 放大 30 倍階躍響應圖 階躍 響應的暫態(tài)指標 圖 412 放大 60 倍階躍響應圖 通過附錄 A 的計算暫態(tài)指標的程序我們可以得到此時系統(tǒng)主要的暫態(tài)指標 表 41 系統(tǒng)主要性能指標指標 放大倍數(shù) 穩(wěn)態(tài)值 調節(jié)時間 超調量 10 % 30 % 60 % 5 勵磁控制系統(tǒng)的校正 校正的概念 我們在系統(tǒng)性能分析的基礎上 ,當系統(tǒng)的性能指標不能滿足技術要求時 ,就可以對 系統(tǒng)進行校正 ,以改善系統(tǒng)的性能對自動控制系統(tǒng)進行校正的過程 ,首先考慮的是對自 動控制系統(tǒng)的的參數(shù) (如增益、時間常數(shù)等 )進行行調整。只有當調整系統(tǒng)參數(shù)仍無法 滿足要求時 ,才會增添一些裝置和元件 ,人為地改變系統(tǒng)的結構和性能 ,從而使其滿足 所要求的性能指標。我們把這種有目的地、通過給自動控制系統(tǒng)增添一些裝置和元件人 為地改變系統(tǒng)結構和性能 ,從而使之滿足所要求的性能指標的方法稱為系統(tǒng)校正。 增添的裝置和元件稱為校正裝置和校正元件。所以自動控制系統(tǒng)進行校正過程實際 就是對校正裝置或較正元件的參數(shù)進行設計過程。 校正的分類 根據(jù)校正裝置在系統(tǒng)中所處位置的不同 ,一般分為串聯(lián)校正、反饋校 正和順饋校正。 在串聯(lián)校正中 ,根據(jù)校正環(huán)節(jié)對系統(tǒng)開環(huán)頻率特性相位的影響 ,又可分為相位超前 校正、相位滯后校正和相位超前 滯后校正。需要校正的控制系統(tǒng)通常是為了完成某項 任務 ,并根據(jù)其工藝設計出的某些裝置超前校正等。 在反饋校正中 ,根據(jù)是否經(jīng)過微分環(huán)節(jié) ,又分為軟校正和硬校正。在順饋校正中 , 根據(jù)補償采樣源的不同 ,又可分為給定順饋校正和擾動順饋校正。根據(jù)校正裝置本身是 否另接電源又分為無源校正裝置和有源校正裝置。 根據(jù)校正裝置的組成 ,可分為被控對象 ,控制器 ,檢測環(huán)節(jié)三個部分。被控對象是 由系統(tǒng)所完成的具體任 務而選定的 ,它包括的控制裝置是系統(tǒng)的基本部分。 PID 對勵磁系統(tǒng)的仿真 利用 Simulink 建立圖 51 的仿真模型 圖 51 PID 校正勵磁系統(tǒng)方框圖 點擊“開始”按鈕進行仿真 ,雙擊示波器模塊 ,得到階躍響應圖 ,經(jīng)過不斷調整 PID 模塊的參數(shù) Ki , Kd , K p 在 K p 1, K i , K d 時調節(jié)放大單元倍數(shù)為 10,30,60 得 到如下圖 52,53,54 的階躍響應圖。 圖 52 放大 10 倍校正后的階躍響應 圖 53 放大 30 倍校正后的階躍響應 圖 54 放大 60 倍校正后的階躍響應 表 51 PID 校正后系統(tǒng)主要性能指標 放大倍數(shù) 穩(wěn)態(tài)值 調節(jié)時間 超調量 10 % 30 % 60 % 對比表 51與表 41可以發(fā)現(xiàn) ,增設 PID校正后調節(jié)時間與超調量都有所下降 ,振蕩次 數(shù)也減少很多 ,所以可以得出結論增設 PID 校正后提高了系統(tǒng)的快速性和平穩(wěn)性 ,提高 了系統(tǒng)的性能。 增設 PID 校正后對系統(tǒng)的影響 : ① 在低頻段 :改善了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能。使輸入等速信號由有靜差變?yōu)?無靜差。 ② 在中頻段 :由于 PID 調節(jié)器微分部分的作用 ,使系統(tǒng)的相位裕量增加 ,這意味著 超調量減小 ,振蕩次數(shù)減少 ,從而改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。 ③ 在高頻段 :降低系統(tǒng)的抗高頻干擾的能力。比例積分微分 PID 校正兼顧了系統(tǒng) 穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能的改善 ,由于 PID 校正使系統(tǒng)