汽轮机电液伺服系统数学模型与仿真分析
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汽轮机电液伺服系统数学模型与仿真分析
同步电机数学模型的建立和仿真 ：包邻淋 专业：控制工程 学号：1402094
摘要 (3) 1同步电机数学模型的建立 (4) 1.1模型的导出思路 (4) 1.2变量置换用的表达式 (5) 1.4电机实用模型 (6) 1.5电机实用模型的状态空间表达式 (8) 1.6电机模型参数的确定 (10) 2 同步电机数学模型的仿真 (13) 2.1同步发电机仿真模型 (13) 2.2不同阶次模型的仿真分析 (14) 参考文献 (17)
摘要 一般发电机存在临诸多问题，建立精确地描述同步发电机的数学模型是十分必要的[1]。电力系统数字仿真因具有不受原型系统规模和结构复杂性限制，能保证被研究系统的安全性，且具有良好的经济性、方便性等优点。 常用的同步发电机数学模型由同步发电机电路方程及转子运动方程两部分组成。同步发电机电路方程又分为基本方程和导出模型两类[4]。对于不同的假设条件，同步发电机模型可作不同程度的简化，因此同步发电机的导出模型也有不同的形式。同一假设条件下，不同的同步发电机数学模型，其主要区别在于电机的转子绕组数，有d，q，f，D，Q5个绕组的电压方程和磁链方程，外加2个转子运动方程，则称之为转子7阶模型[5]。如果转子绕组数减少，则发电机方程组的阶数也相应减少。 本文通过MATLAB/simulink进行仿真计算，比较采用不同的同步发电机模型时，对系统的稳定性分析的影响。在此基础上提出在不同情况下进行电力系统仿真计算选取同步发电机数学模型的方法。
1同步电机数学模型的建立 1.1模型的导出思路 由于定转子间的相对运动，基于空间静止不动的三相坐标系所建立的原始方程，磁链方程式中会出现变系数，这对方程组的求解和模型的建立造成了很大的困难。现在通用的方法是对原始方程做d q变换(又称为派克变换)，将原方程从a b c三相静止不动坐标系变为与转子相对静止的d q坐标系。 基本方程中有d，q，f，D，Q5个绕组的电压方程和磁链方程，外加2个转子运动方程，若设，则原方程为5阶，若转子运动方程为，；所含变量为，。。在化为实用模型时 和保留，用取代，再用5个磁链方程消去3个转子电流，以及2个定子磁链，而 则用实用变量代替。 经过上述思路导出的实用模型，除了以及引入的等效实用变量之外方程中系数都是同步电机技术参数中的电抗和时间
电机数学模型 以二相导通星形三相六状态为例，分析BLDC的数学模型及电磁转矩等特性。为了便于分析，假定： a)三相绕组完全对称，气隙磁场为方波，定子电流、转子磁场分布皆对称； b)忽略齿槽、换相过程和电枢反应等的影响； c)电枢绕组在定子内表面均匀连续分布； d)磁路不饱和，不计涡流和磁滞损耗。 则三相绕组的电压平衡方程可表示为： 错误！未找到引用源。(1) 式中：错误！未找到引用源。为定子相绕组电压(V)；错误！未找到引用源。为定子相绕组电流(A)；错误！未找到引用源。为定子相绕组电动势(V)；L为每相绕组的自感(H)；M为每相绕组间的互感(H)；p为微分算子p=d/dt。 三相绕组为星形连接，且没有中线，则有 错误！未找到引用源。(2) 错误！未找到引用源。(3) 得到最终电压方程： 错误！未找到引用源。(4) e c c 图.无刷直流电机的等效电路 无刷直流电机的电磁转矩方程与普通直流电动机相似，其电磁转矩大小与磁通和电流幅值成正比 错误！未找到引用源。(5) 所以控制逆变器输出方波电流的幅值即可以控制BLDC电机的转矩。为产生恒定的电磁转矩，要求定子电流为方波，反电动势为梯形波，且在每半个周期内，方波电流的持续时间为120°电角度，梯形波反电动势的平顶部分也为120°
电角度，两者应严格同步。由于在任何时刻，定子只有两相导通，则：电磁功率可表示为： 错误！未找到引用源。(6) 电磁转矩又可表示为： 错误！未找到引用源。(7) 无刷直流电机的运动方程为： 错误！未找到引用源。(8) 其中错误！未找到引用源。为电磁转矩；错误！未找到引用源。为负载转矩；B为阻尼系数；错误！未找到引用源。为电机机械转速；J为电机的转动惯量。 传递函数： 无刷直流电机的运行特性和传统直流电机基本相同，其动态结构图可以采用直流电机通用的动态结构图，如图所示： 图2.无刷直流电机动态结构图 由无刷直流电机动态结构图可求得其传递函数为: 式中： K1为电动势传递系数，错误！未找到引用源。，Ce 为电动势系数； K2为转矩传递函数，错误！未找到引用源。，R 为电动机内阻，Ct 为转矩系数；T m为电机时间常数，错误！未找到引用源。，G 为转子重量，D 为转子直径。基于MATLAB的BLDC系统模型的建立 在Matlab中进行BLDC建模仿真方法的研究已受到广泛关注，已有提出采用节点电流法对电机控制系统进行分析，通过列写m文件，建立BLDC仿真模型，
第27卷第4期2004年8月 鞍山科技大学学报 Jou rnal of A n shan U n iversity of Science and T echno logy V o l.27N o.4 A ug.,2004无刷双馈电机的数学模型和 基于Si m u link4的仿真 陈海朋1,李 岩1,韩 伟2 (1.鞍山科技大学电子与信息工程学院,辽宁鞍山 114044;2.鞍山供电公司,辽宁鞍山 114001) 摘 要:无刷双馈电机是一种在许多方面都有着很好应用前景的新型电机.本文重新推导了无刷双馈电机的数学模型,并在M A TLAB S I M UL I N K环境下建立了仿真模型,为进一步构成控制系统,进行系统分析与设计奠定了基础. 关键词:级联式双馈电机;数学模型;仿真 中图分类号:TM301.2 文献标识码:A 文章编号:167224410(2004)0420273205 双馈电机又称异步化同步电机[1],与变频器一起可以实现机电系统的柔性连接,对提高电力系统的稳定性有重要意义.双馈电机可以在各种负荷下实现大范围的无级调速,将其用于风机、泵类负载时,具有显著的节能效果,同时也大大降低了所需变频器的功率.在可调速的电气转动方式中,这种调速方式的效率很高[2].特别是无触点双馈电机具有良好的应用前景. 目前国内外对无刷双馈电机的研究已从对电机结构的改进阶段发展到建立比较准确的实用模型阶段.可以看出,现有的无刷双馈电机的数学模型大多建立在d q0坐标轴系基础之上[3],并且在把电机内的电量折算到d q0坐标轴系时,往往取其综合矢量方向为q轴方向,这与当前教材不一致.而且,以往对无刷双馈电机的仿真程序大部分是用C或FO R TAN语言编写,这些语言对编制和调试矩阵运算、微分方程解法等程序很不方便. 针对上述情况,本文重新推导了无刷双馈电机的数学模型.并且以该数学模型为基础,利用M A TALB S I M U L I N K中的S函数和电源模块集(Pow er system b lock set),建立了无刷双馈电机的仿真模型,实现了该仿真模型与电源模块之间的耦合. 1 无刷双馈电机与级联式双馈电机的工作原理 级联式双馈电机(CD FM)与无刷双馈电机(BD FM)的结构相似,都相当于2台绕线式异步电机串级而成,具有2套分离的定子绕组,2套转子绕组.只是无刷双馈电机相当于2台绕线式异步电机同轴串级而成,并且2套转子绕组反相序联接,其结构如图1所示. 为分析方便,假定无刷双馈电机由极对数分别为p A,p B的绕线式异步电机A和B组成.电机A的定子直接与三相工频电网相连,电机内部磁场相互作用关系如图2所示.图中f A,f B分别为两定子绕组的供电频率,H z;f r A,f r B分别为两转子绕组感应电势的频率,H z;n为转子转速,r m in. 稳态运行时,无刷双馈电机的转速为 n=60(f A-f B) (p A+p B)(1) 收稿日期:2004203211. 作者简介:陈海朋(1978-),男,黑龙江兰西人,2001级研究生.
《机电系统控制基础》大作业一 基于MATLAB的机电控制系统响应分析 哈尔滨工业大学 2013年11月4日
1 作业题目 1. 用MATLAB 绘制系统2 ()25()() 425 C s s R s s s Φ== ++的单位阶跃响应曲线、单位斜坡响应曲线。 2. 用MATLAB 求系统2 ()25 ()()425 C s s R s s s Φ==++的单位阶跃响应性能指标：上升时间、峰值时间、调节时间和超调量。 3. 数控直线运动工作平台位置控制示意图如下： X i 伺服电机原理图如下： L R (1)假定电动机转子轴上的转动惯量为J 1，减速器输出轴上的转动惯量为J 2，减速器减速比为i ，滚珠丝杠的螺距为P ，试计算折算到电机主轴上的总的转动惯量J ； (2)假定工作台质量m ，给定环节的传递函数为K a ，放大环节的传递函数为K b ，包括检测装置在内的反馈环节传递函数为K c ，电动机的反电势常数为K d ，电动机的电磁力矩常数为K m ，试建立该数控直线工作平台的数学模型，画出其控制系统框图； (3)忽略电感L 时，令参数K a =K c =K d =R=J=1，K m =10，P/i =4π，利用MATLAB 分析kb 的取值对于系统的性能的影响。
2 题目1 单位脉冲响应曲线 单位阶跃响应曲线
源代码 t=[0:0.01:1.6]; %仿真时间区段和输入 nC=[25]; dR=[1,4,25]; fi=tf(nC,dR); %求系统模型 [y1,T]=impulse(fi,t); [y2,T]=step(fi,t); %系统响应 plot(T,y1); xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)'); grid on; plot(T,y2); xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)'); grid on; %生成图形 3 题目2 借助Matlab，可得： ans = 0.4330 0.6860 25.3826 1.0000 即
异步电机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统[1]。在研究异步电机的多变量数学模型时，常作如下假设： (1)三相绕组在空间对称互差 120，磁势在空间按正弦分布； (2)忽略铁芯损耗； (3)不考虑磁路饱和，即认为各绕组间互感和自感都是线性的； (4)不考虑温度和频率变化对电机参数的影响。 异步电机在两相静止坐标系上的数学模型： 仿真的基本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求过程和规律。在实际过程中，系统可能太复杂，无法求得其解析解，可以通过仿真求得其数值解。计算机仿真是利用计算机对所研究系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的主动者——人的思维过程和行为，进行动态性的比较和模仿，利用建立的仿真模型对系统进行研究和分析，并可将系统过程演示出来。 系统仿真软件MATLAB 不但在数值计算和符号计算方面具有强大的功能，而且在计算结果的分析和数据可视化方面有着其他类似软件难以匹敌的优势。界面友好，编程效率高，扩展性强。MATLAB 提供的SIMULINK 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。SIMULINK 的目的是让用户能够把更多的精力投入到模型设计本身。它提供了一些基本的模块，这些模块放在浏览器里面，用户可以随时调用。当模型构造之后，用户可以进行仿真，等待结果，或者改变参数，再进行仿真。异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，其动态和静态特性都相当复杂。以下将介绍用SIMULINK 如何来建立三相异步电机的计算机仿真模型，为以后的系统仿真做好准备。 经过三相静止/两相静止坐标变换及两相旋转/两相静止坐标变换，可得异步电机在两相静止坐标系上的数学模型。 电压方程： ?????? ? ???????????????????+--+++=??????????????βαβαβαβαωωωωr r s s r r r m m r r r r m r m m S m S r r s s i i i i P L R L P L L L P L R L P L P L P L R P L P L R u u u u 22110000
机电一体化系统分析 ————数控机床 班级： 学号： 姓名： 鉴于这个学期正在上数控机床这门课程，所以选择数控机床的机电一体化系统来进行分析。
数字控制技术是从金属切削机床数控的基础上发展起来的。自1952年由美国帕森斯公司与麻省理工学院机构实验室研制成功世界上第一台三坐标数控铣床以来，数控机床经历了硬件数控（NC）、计算机数控（CNC）、多机台计算机直接群控（DNC）和微机数控（MNC）五个发展阶段，形成了门类齐全、品种繁多的数控机床，如数控车床、铣床、钻床、磨床和加工中心等。 一数控机床的原理 数控机床加工零件时，是将被加工零件的工艺过程、工艺参数等用数控语言编制成加工程序，这些程序是数控机床的工作指令。将加工程序输入到数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、起停，进给运动的方向、速度和位移量，以及其它辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合要求的零件。为了提高加工精度，一般还装有位置检测反馈回路，这样就构成了闭环控制系统，其加工过程原理如下图所示。 数控机床工作过程原理图 二数控机床的组成 从工作原理可以看出，数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服检测系统和机床本体等四部分组成，其组成框图如下图所示。 ①控制介质。用于记载各种加工信息（如零件加工的工艺过程、工 艺参数和位移数据等），以控制机床的运动，实现零件的机械加工。常用 的控制介质有磁带、磁盘和光盘等。控制介质上记载的加工信息经输入 装置输送给数控装置。常用的输入装置有磁盘驱动器和光盘驱动器等， 对于用微处理机控制的数控机床，也用操作面板上的按钮和键盘将加工 程序直接用键盘输入，并在CRT显示器显示。 ②数控装置。数控装置是数控机床的核心，它的功能是接受输入装 置输送给的加工信息，经过数控装置的系统软件或电路进行译码、运算 和逻辑处理后，发出相应的脉冲指令送给伺服系统，通过伺服系统控制 机床的各个运动部件按规定要求动作。
电液伺服控制系统的应用研究 【摘要】电液伺服控制是液压技术领域的重要分支。多年来，许多工业部门和技术领域对高响应、高精度、高功率—重量比和大功率液压控制系统的需要不断扩大，促使液压控制技术迅速发展。特别是控制理论在液压系统中的应用、计算及电子技术与液压技术的结合，使这门技术不论在元件和系统方面、理论与应用方面都日趋完善和成熟，并形成一门学科。目前液压技术已经在许多部门得到广泛应用，诸如冶金、机械等工业部门及飞机、船舶部门等。我国于50年代开始液压伺服元件和系统的研究工作，现已生产几种系列电液伺服产品，电液伺服控制系统的研究工作也取得很大进展。 【关键词】电液伺服控制应用 1、电液控制系统的特点、构成及分类 电液控制系统是一门比较年轻的技术，它的发展和普遍应用还不到50年，然而，凭借它的优点却形成了流体传动与控制的一个重要分支，并成为现代控制工程的基本技术构成之一。 1.1电液控制系统的特点 1) 液压执行元件的功率--重量比和转矩--惯性矩比(或力--质量比)大，具有很大的功率传递密度，可以构成体积小、重量轻、响应速度快的大功率控制单元。 2) 液压系统的负载刚度大，精度高。由于液压杠、执行元件的泄漏很少，液体介质的体积弹性模量又很大，故具有较大的速度--负载刚性，即速度--力或转速--力矩曲线斜率的倒数很大，因此有可能用于开环系统。用于闭环系统时则表现为位置刚度大，其定位精度受负载变化的影响小。 3) 液压控制系统可以安全，可靠并迅速地实现频繁的带负载启动和制动，进行正反向直线或回转运动和动力控制，而且具有很大的调速范围。 电气或电子技术和液压传动及控制相结合的产物--电液控制系统兼备了电气和液压的双重优势，形成了具有竞争力和自身技术特点。 当然，在某些场合下，指令和反馈元件也可全部采用机械、气动或液压元件，此时，即称为机械--液压控制系统和气动--液压控制系统。 1.2 电液控制系统的构成 工程实际中系统的指令及放大单元多采用电子设备。电机械转换器往往是动圈式或动铁式电磁元件和伺服电机、步进电机等。液压转换及放大器件可以是各类开关式，伺服式和比例式器件实际上是一功率放大单元。液压执行元件通常是液压缸和液压马达，其输出参数只能是位移、速度、加速度和力或者转角、角速
检测传感技术在机械工业当中的应用随着机械制造业在我国的迅速发展，诞生了许许多多的机械设备，用于不同的领域生产中，而在不同的领域中，不同的机械设备有着不同的作用。这些机械设备能帮助人们完成人们不能的任务，并使机械生产任务更加快速，甚至能实现全自动化生产制造。而要更加精确的完成机械加工，传感技术的发展为其提供了很好的平台。一．传感技术的概念 传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器（又称换能器）、信息处理和识别的规划设计、开发、制/建造、测试、应用及评价改进等活动。传感技术是当前代表国家综合科研水平的重要技术，传感技术的具体应用是传感技术转化的重要途径和方法。加强对传感技术应用的研究也是了解传感技术发展现状并对其未来发展进行预测的基础和前提。主要传感技术大概可分为光电传感技术、多传感技术和生物传感技术，其中光电传感技术又称为光传感技术，是将光信号转化为电信号的一种传感技术。光电传感技术可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等，也可用来检测能转换成光电量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度、以及物体形状、工作状态等，光电传感技术具有非接触、响应快、性能可靠等特点，目前主要应用于工业自动化装置和机器人技术中。
二．传感技术的发展 早期由于敏感技术的落后，主要是直接机械量输出或电参量输出的机械型传感器。随着微电子加工技术的发展，产生了固态敏感元件。利用材料的不同特性和物理量、化学效应，制成了敏感元件传感器。纤维光学的飞速发展，随后也使光纤进入传感检测领域。现在，生物传感器成为传感器发展的一个新方向，是集现代生物技术与先进电子技术于一体的高科技产品。传感检测技术的发展，无疑也使机械手得到了升级换代。传感检测技术用于检测系统本身、操作对象和作业环境的状态，为有效控制系统的运行提供了必须的相关信息。随着熄灯号程度的进一步加强，传感检测技术已渗透到军事、医疗、环保、能源、服务、娱乐等各个领域。 三．传感技术在我国机械领域的应用 传感器就是运用传感技术发展而成的一种检测装置，它是将各种非电量按一定规律转接成电量输出的装置，以便于对其进行分析处理和调整受控制装置的工作状态，先进的传感器大多与微处理器结合形成自控装置。 光电传感器在机械中的应用：光电传感器由于反应速度快,能实现非接触测量,而且精度高、分辨力高、可靠性好,加之半导体光敏器件具有体积小、质量小、功耗低、便于集成等优点,因而被广泛应用于军事、检测与农业机械等多种领域中。光电传感器具有一下几个优点：①检测距离长。②对检测物体的限制少。③响应时间短。④分辨率高。能通过高级设计使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光
一、简述题（每小题10分，共100分） 1、机电控制系统的基本要求？ 答：稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性）. 稳定性：对恒值系统要求当系统受到扰动后,经过一定时间的调整能够回到原来的期望值. 对随动系统,被控制量始终跟踪参据量的变化.稳定性是对系统的基本要求,不稳定的系统不能实现预定任务.稳定性,通常由系统的结构决定与外界因素无关. 快速性：对过渡过程的形式和快慢提出要求,一般称为动态性能.稳定高射炮射角随动系统,虽然炮身最终能跟踪目标,但如果目标变动迅速,而炮身行动迟缓,仍然抓不住目标. 准确性：用稳态误差来表示.如果在参考书如信号作用下,当系统达到稳态后,其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差.显然,这种误差越小,表示系统的输出跟随参考输入的精度越高. 由于被控对象具体情况的不同,各种系统对上述三方面性能要求的侧重点也有所不同.例如随动系统对快速性和稳态精度的要求较高,而恒值系统一般侧重于稳定性能和抗扰动的能力.在同一个系统中,上述三方面的性能要求通常是相互制约的.例如为了提高系统的动态响应的快速性和稳态精度,就需要增大系统的放大能力,而放大能力的增强,必然促使系统动态性能变差,甚至会使系统变为不稳定.反之,若强调系统动态过程平稳性的要求,系统的放大倍数就应较小,从而导致系统稳态精度的降低和动态过程的缓慢.由此可见,系统动态响应的快速性、高精度与动态稳定性之间是一对矛盾. 2、机电控制系统的基本结构？画图说明 答：机电控制系统是机电控制技术的具体表现形式，通过控制器并合理选择或设计放大元件、执行元件、检测元件与转换元件、导向与支承元件和传动机构等．使机电装备达到所要求的性能和功能。机电控制系统是 机电一体化 产品及系统中承担着控制对象输出，并按照指令规定的规律变化的功能单元，是机电一体化产品及系统的重要组成部分。机电控制系统是一种自动控制系统。 机电控制系统一般由指令元件，比较、综合与放大元件，转换与功率放大元件，执行元件，工作机构，检测与转换元件等6部分组成，如图1．4所示。为了研究问题方便，通常又把指令元件和比较、综合与放大元件合称为 控制器 (控制元件)；将转换与功率放大元件和执行元件合称为机电动力机构；机电动力机构和工作机构合称为被控对象。对于控制精度要求不高且执行元件的输出能够按其给定规律运动时，可以采用开环控制。此时检测与转换元件也可以没有；但为了显示与检测，系统中仍应装有检测与转换元件。
目录 1 设计意义及要求 (3) 1.1设计意义 (3) 1.2设计要求 (3) 2 异步电动机动态数学模型 (4) 2. 1 异步电动机动态数学模型的性质 (4) 2. 2 异步电动机的三相数学模型 (5) 2.3坐标变换 (7) 2. 3.1坐标变换的基本思路 (7) 2. 3.2三相 - 两相变换（ 3 / 2 变换） (7) 2. 3.3静止两相 - 旋转正交变换（ 2 s / 2 r 变换） ...................................... 2.4状态方程 (10) 3 模型建立 (12) 3. 1 ACMo t o r 模块 (12) 3.2坐标变换模块 (13) 3. 2.1 3/ 2 t r a n s f o r m 模块 (13) 3. 2.22s/2rtransform 模块 (13) 3. 2.32r / 2s t r an s f or m 模块 (14) 3. 2.4 2/ 3 t r a n s f o r m 模块 (15) 3. 2.5 3/ 2 r t r a ns f o r m 模块 (16) 3.3仿真原理图 (17) 4 仿真结果及分析 (20) 5 结论 ........................................................ 参考文献..................................................... 摘要 对一个物理对象的数学模型，在不改变控制对象物理特性的前提下采用一定的变换手段，可以获得相对简单的数学描述，以简化对控制对象的控制。对异步电机的数学分析也不例外，在分析异步电机的数学模型时主要用到的是坐标变换。
安徽工业大学工商学院课程设计（论文）同步电机模型的MATLAB仿真 学生姓名：李春笋 学号：111842161 专业班级：气1142 指导教师：范国伟 2013年12月20日
摘要 采用电力电子变频装置实现电压频率协调控制，改变了同步电机历来的恒速运行不能调速的面貌，使它和异步电机一样成为调速电机大家庭的一员。本文针对同步电机中具有代表性的凸极机，在忽略了一部分对误差影响较小而使算法复杂度大大增加的因素（如谐波磁势等），对其内部电流、电压、磁通、磁链及转矩的相互关系进行了一系列定量分析，建立了简化的基于abc三相变量上的数学模型，并将其进行派克变换，转换成易于计算机控制的d/q坐标下的模型。再使用MATLAB中用于仿真模拟系统的SIMULINK 对系统的各个部分进行封装及连接，系统总体分为电源、abc/dq转换器、电机内部模拟、控制反馈四个主要部分，并为其设计了专用的模块，同时对其中的一系列参数进行了配置。系统启动仿真后，在经历了一开始的振荡后，各输出相对于输出时间的响应较稳定。关键词：同步电机 d/q模型 MATLAB SIMULINK 仿真。 The Simulation Platform of Synchronous Machine by MATLAB Abstract: The utilization of transducer realizes the control of voltage’s frequency. It changes the situation that Synchronous Machine is always running with constant speed. Just like Asynchronous Machine, Synchronous machine can also be viewed as a member of the timing machine. This thesis intends to aim at the typical salient pole machine in Synchronous Machine. Some quantitative analysis are made on relations of salient pole machine among current, voltage, flux, flux linkage and torque, under the condition that some factors such as harmonic electric potential are ignored. These factors have less influence on error but greatly increase complexity of arithmetic. Thus, simplified mathematic model is established on the basis of a, b, c three phase variables. By the Park transformation, this model is transformed to d, q model which, is easy to be controlled by computer. Simulink is used to masking and linking all the parts of the system. The system can be divided into four main parts, namely power system, abc/dq transformation, simulation model of the machine and feedback control. Special blocks are designed for the four parts and a series of parameters in these parts are configured. The results of simulation show that each output has a satisfactory response when there is disturbance. Key Words: Synchronous Machine Simulation d/q Model MATLAB SIMULINK
高速公路机电系统结构与功能分析 发表时间：2018-11-08T13:45:07.687Z 来源：《基层建设》2018年第27期作者：王元新 [导读] 摘要：高速公路机电系统是对高速公路实施现代化管理的主要工具，发挥着道路设施交通功能的主要辅助管理功能。 身份证号码：45070219870817xxxx 广西 摘要：高速公路机电系统是对高速公路实施现代化管理的主要工具，发挥着道路设施交通功能的主要辅助管理功能。本文简要分析了高速公路运营管理的内容和特点、机电设备管理内容、机电系统的结构与功能。并对高速公路机电系统各子系统的结构、功能进行了比较深入的探讨。 关键词：高速公路；机电系统；结构；功能 1 做好机电设备的管理 （1）润滑处理 设备的滑动、转动部分要根据设备的工作需求上润滑油，如：打印机打印头的滑动轴，要上轻质润滑油，用干净的纱布涂擦，且油不可过多，以免造成污染。设备机械转动轴有打油孔的要上润滑油，室外手动栏杆和自动栏杆的转轴要上润滑脂。 （2）防水处理 设备的电路部分，要经常检查有无进水的可能性。收费亭是否进水，外场设备的防水橡皮垫是否完整，空调温度是否设置适宜。如果湿度大，开启频繁的房间（如收费亭），温度太低导致设备内部产生凝结水，水是导体，会导致设备工作不正常，甚至烧毁设备。如发现进水或线路板潮湿，立即停机断电，并及时用热吹风筒除去潮气后，方可再次投入运行；温度太高对设备也不利。防水重点是收费亭，收费亭内安装的设备较多，一定要保证运行正常，运行的数据都保存在工控机内。造成收费亭漏水的原因主要有：收费亭设计不合理，亭上有积水，排水不畅通；安装在亭顶的空调的冷凝水排路不畅通，造成亭顶积水；安装在亭顶的空调固定设计不合理，直接打孔用膨胀螺栓固定，打孔造成防水层的破坏，造成漏水；在亭顶安装报警器，钻孔走线，防水处理不好，造成漏水，以上所涉及的几个工艺环节，要经常检查，以免因漏水造成设备的损坏。 （3）经常检查降温风扇运转是否正常 降温风扇主要位置有：工控机、计算机、UPS、稳压器、硬盘、录像机等，如工控机经常死机，需检查CPU的降温风扇转动是否正常，如果发现不正常，应立即停机修理。要经常检查并保证设备的散热风扇工作正常，如散热风扇停转，必须立即处理。 （4）防锈处理 外场设备由于雨淋日晒易被氧化生锈，要定期进行防锈处理。如：手动栏杆的转轴、设备的地脚固定螺栓、设备与固定装置的连接螺栓等要涂抹防锈油。锈蚀不但会对设备造成损坏，而且会带来安全隐患，特别是沿海地区的高速公路，铁质金属被腐蚀严重，采取必要措施防锈，常见的问题是：金属件防锈镀锌层薄，造成锈蚀，更换符合防锈要求的金属件；检查收费雨棚车道照明灯及雨棚信号灯紧固件及安装螺栓是否锈蚀严重，如已失去功能，需更换以免掉下来造成人身损伤。 （5）电源系统供电 首先检查电源供给是否正常，对于用集成电路组成的板路，检查电压是否正常，要从集成块上测量，逐步向电源模块，检查电源模块输入/输输出状态。对于由于电阻烧毁、电容击穿再次更换时，电阻要提出电压，而后检查信号的输入/输出状态，对于由于电阻烧毁、电容击穿再次更换时，电阻要提高功率，电容要提高耐压程度。 2 高速公路机电系统是发挥道路设施交通功能的主要辅助系统 2.1 监控系统分析 监控系统是实现高速公路运行管理的主要手段。监控系统的目的是保证行车“安全”和道路“畅通”，其的作用是监视与控制，主要完成实时采集、记录和显示交通流数据、事故信息、气象信息，并据此判断各路段的交通状况，发布交通控制信息，对全线交通状况进行控制和调度。并在此基础上，再实现高速、环境保护等其他目标。监控对象属性在很大程度上决定监控系统的检测、控制方式、系统组成和设备配置。监控需要了解高速公路交通会出现哪些情况（交通流有几种状态），特别是那些影响“安全”和“畅通”的状态有何特点；需要确定用什么方法来描述、检测和转变（控制）这些状态。 2.2 通信系统分析 通信系统是高速公路现代化运行管理的支撑系统，通信系统实现监控系统和收费系统的高效运转，同时保证高速公路各管理部门间的业务联络畅通，并要为高速公路管理部门和外界建立必要的联系网络，同时，通信系统也是交通信息最主要的传输载体，为各种网络服务及电视会议系统提供传输通道。通信系统的主要任务是根据规定的技术要求，确保整个系统数据、命令、图像及语音等多种信息传输的及时性和准确性。因此，安全、可靠、完善和高效的通信系统是高速公路正常运行的重要保证。 2.3 收费系统分析 收费系统在高速公路的运营管理中起着至关重要的作用，也是高速公路规范化运作、统一管理的基础保障系统。收费系统实现的主要功能是收费口交通量统计和车辆分型，按标准收取通行费并发放收据，统计、汇总与收费有关的数据和交通量数据，传送到收费站点、收费管理所、监控中心等各级管理部门的上一级计算机进行处理，编制各类管理报表和进行数据分析，存储重要数据，并根据监控中心发布的命令，对出入高速公路的车辆进行控制和调节。 该系统一般为三层次结构：收费车道、收费站（或称收费监控广场）、收费管理中心，收费系统在高速公路主线或匝道设有收费站，收费站根据进出交通量和道路条件设有若干条入口和出口收费车道。收费车道由收费岛加以隔离，岛上设置有各种收费设备。收费车道前后形成一个宽于道路路面的收费广场，以便车辆排队等待交费和供车辆加减速缓冲用；广场旁设有收费监控楼，对收费广场的情况进行实时监控。如果对收费采用计算机管理，则用计算机数据通讯网络将收费车道、监控广场和收费管理中心三级设备组成一个高效率的计算机收费网络系统。 2.4 供配电照明系统分析 供配电照明系统是高速公路机电系统必不可少的辅助系统，也是提供给收费、监控、通信系统设备用电的系统。供配电照明系统的主要功能是按照规定的技术要求，24h不间断的对机房内部设备和外场终端安全供电。要求既能正常供电，也能紧急供电。其中正常供电包含
同步电机数学模型的建立和仿真 姓名：包邻淋 专业：控制工程 学号：1402094
摘要 (3) 1同步电机数学模型的建立 (4) 1.1模型的导出思路 (4) 1.2变量置换用的表达式 (5) 1.4电机实用模型 (6) 1.5电机实用模型的状态空间表达式 (8) 1.6电机模型参数的确定 (10) 2 同步电机数学模型的仿真 (13) 2.1同步发电机仿真模型 (13) 2.2不同阶次模型的仿真分析 (14) 参考文献 (17)
摘要 一般发电机存在临诸多问题，建立精确地描述同步发电机的数学模型是十分必要的[1]。电力系统数字仿真因具有不受原型系统规模和结构复杂性限制，能保证被研究系统的安全性，且具有良好的经济性、方便性等优点。 常用的同步发电机数学模型由同步发电机电路方程及转子运动方程两部分组成。同步发电机电路方程又分为基本方程和导出模型两类[4]。对于不同的假设条件，同步发电机模型可作不同程度的简化，因此同步发电机的导出模型也有不同的形式。同一假设条件下，不同的同步发电机数学模型，其主要区别在于电机的转子绕组数，有d，q，f，D，Q5个绕组的电压方程和磁链方程，外加2个转子运动方程，则称之为转子7阶模型[5]。如果转子绕组数减少，则发电机方程组的阶数也相应减少。 本文通过MATLAB/simulink进行仿真计算，比较采用不同的同步发电机模型时，对系统的稳定性分析的影响。在此基础上提出在不同情况下进行电力系统仿真计算选取同步发电机数学模型的方法。
1同步电机数学模型的建立 1.1模型的导出思路 由于定转子间的相对运动，基于空间静止不动的三相坐标系所建立的原始方程，磁链方程式中会出现变系数，这对方程组的求解和模型的建立造成了很大的困难。现在通用的方法是对原始方程做d q变换(又称为派克变换)，将原方程从a b c三相静止不动坐标系变为与转子相对静止的d q坐标系。 基本方程中有d，q，f，D，Q5个绕组的电压方程和磁链方程，外加2个转子运动方程，若设，则原方程为5阶，若转子运动方程为，；所含变量为，。。在化为实用模型时 和保留，用取代，再用5个磁链方程消去3个转子电流，以及2个定子磁链，而 则用实用变量代替。 经过上述思路导出的实用模型，除了以及引入的等效实用变量之外方程中系数都是同步电机技术参数中的电抗和时间
同步电机的基本方程式及数学模型 派克方程 1.1 理想电机假设 （1）电机磁铁部分的磁导率为常数，因此可以忽略掉磁滞、磁饱和的影响，也不计涡流及集肤效应作用等的影响； （2）定子的三个绕组的位置在空间互相相差120°电角度，3个绕组在结构上完全相同。同时，他们均在气隙中产生正弦分布的磁动势； （3）定子及转子的槽及通风沟等不影响电机定子及转子的电感，因此认为电机的定子及转子具有光滑的表面； 为了分析计算，还需要设定绕组电流、磁链正方向。 1.2 abc 坐标下的有名值方程 同步电机共有6个绕组分别为：定子绕组a,b,c ，转子励磁绕组f ，转子d 轴阻尼绕组D 以及转子q 轴阻尼绕组Q 。需要求出每个绕组的电压、电流和磁链未知数，因此一共需要18个方程才能求解。 电压方程： 00 a a a a b b b b c c c c f f f f D D D D Q Q Q Q u p r i u p r i u p r i u p r i u p r i u p r i ψψψψψψ=-?? =-??=-?=-?? =-≡??=-≡? D 绕组与Q 绕组均为无外接电源闭合绕组，因此电压均为0，从而上式中一共有8个方 程。 磁链方程： 11a a aa ab ac af aD aQ b b ba bb bc bf bD bQ c c ca cb cc cf cD cQ f f fa fb fc ff fD fQ Da Db Dc Df DD DQ D D Qa Qb Qc Qf QD QQ Q Q i L L L L L L i L L L L L L i L L L L L L i L L L L L L L L L L L L i L L L L L L i L ψψψψψψ-???? ??????? ?-??????????-??????=? ????? ?????? ??????????????? ????? =(33)12(33)21(33)22(33)abc fDQ i L L L i ????-???????????? 在电感矩阵中（针对凸极机），定子绕组自感和互感参数是随转子位置而变化的参数， 而在转子绕组中，转子的自感和互感参数均为常数，而且D 轴与Q 轴正交，则D 轴绕组与Q 轴绕组互感为0。定子与转子之间的互感参数显然是随转子位置变化的参数。
直流电动机数学模型的建立
直流电动机数学模型的建立 4.1 数学模型的建立 建立电动机动态数学模型的方法的要点是：首先列写出电动机主电路电压平衡方程式，轴上力矩平衡方程式和励磁电路电压平衡方程式等基本关系式，加以整理，然后进行拉普拉斯变换，根据此变换，即可求出电动机的动态结构图和传递函数的表达式[1，10]。 图4—1 上图为一他励直流电动机的等效电路，其中： a U E----分别为电动机电枢端电压和反电势； d I f I ---电动机电枢电流和励磁电流； a R a L ---电枢电路电阻和电感； f R f L ---励磁电路电阻和电感； f U -------电动机的励磁电压； ω-------电动机的角速度； J--------电动机轴上的转动惯量； e T l T ----电动机转矩和负载阻转矩。 4.1.1 写出平衡方程式、拉普拉斯变换 由上图可写出下列基本关系式： a U -E= a R (1+a T S ?) d I e T -l T =J ?S ? ω
f U = f R ()f f I T S ??+1 E= ω ωφ???=??f e I M p K Te= d f d m I I M p I K ???=??φ 其中:a a a R L T = 为电枢电路时间常数；f f f R L T = 为励磁电路时间常数；p 为电动机磁极对数；M 为励磁绕组和电枢绕组的互感； 4.1.2 动态结构图 将S=d/dt 看作算子，则上述诸式也就是它们的拉氏变换。所以由上式可画出直流电动机的结构。如图4—2所示。 图4—2 如果将讨论的问题限制在稳态工作点附近的小偏差情况，经过化简，可得此时系统的增量方程为：d a a a I T S R E U ??+?=-)1( ω ??=-S J T T l e f f f f I T S R U ??+?=)1( 0Ω???+???=f f I M p I M p E ω 0 0d f d f e I I M p I I M p T ???+???= 为简化起见，式中表示增量的下标1已删去。由诸式可画出直流电动机在独立电枢电压和磁场控制下的动态结构图如下所示：
MATLAB在异步电机仿真中的应用 摘要：在同步旋转坐标系上(M、 T 坐标系) 推导出异步电机数学模型, 并应用 MATLAB/ SIMULINK 对其进行实际仿真，并且运用电机的参数验证了所建模型的正确性，并得出电机转速、电机稳定运行三相电流、电机转矩图。 关键词：仿真异步电机数学模型 MATLAB 一、引言 Matlab 语言是一种面向科学工程计算的高级语言，它集科学计算自动控制信号处理神经网络图像处理等功能于一体，是一种高级的数学分析与运算软件，可用作动态系统的建模和仿真。 目前，电机控制系统越来越复杂，不断有新的控制算法被采用仿真是对其进行研究的一个重要的不可缺少的手段 Matlab 的仿真研究功能成功方便地应用到各种科研过程中。 本文将结合Matlab/Simulink 的特点，介绍异步电动机在同步旋转坐标系（M 、T 坐标系）的数学建模与仿真方法在建模与仿真之后，可利用Simulink 将模型封装起来，使用时只需调用该模型并输入电机参数即可，为变频调速系统及控制方法的仿真研究提供了一种性能可靠使用方便的电机通用仿真模型。 异步电机的动态模型是高阶、非线性、强耦合的多变量系统 ,通过坐标变换的方法对其进行简化后 , 模型简单得多, 但其非线性、多变量的本质并未改变。描述电机的仍是一组高阶、变系数的微分方程,用传统的方法对其进行仿真分析并非易事。为了解决这一难题,本文利用异步电动机在同步旋转坐标系上(M、T 坐标系)的电压方程、磁链方程、转矩方程、运动方程实现了异步电动机的模型。 建立好数学模型之后。利用MATLAB/SIMULINK仿真软件成功搭建在同步旋转坐标系下的电机的数学模型。使得模型的建立更加简洁、明了,充分利用MATLAB/ SIMULINK提供的模块,建立了普通异步电动机的仿真模型,并对实际电机进行了仿真。 二、异步电机的仿真数学模型 利用MATLAB 进行电机运行状态仿真,最为关键的是建立起一个方便于仿真的电机模型。在本文的实例中,将在同步旋转两相坐标系下对一个直接接入三相电网的异步鼠笼电机建立一个可方便用于SIMULINK仿真的电机模型。 为了区分于一般的同步旋转 d、q 坐标系统,这里采用M、T坐标轴代替d、 q轴,且令M 轴与电机中转子总磁链ψ 2方向一致(转子总磁链ψ 2 等于气隙磁链 ψ g 与转了漏磁链ψ 21 之和)，即把M轴定向到ψ 2 的方向。由于ψ 2 固定在M轴方 向上,所以转子磁链在T轴方向上就没有分量, 即ψ M2=ψ 2 。而转换到两相同步旋