基于matlab的同步发电机励磁系统仿真分析与调试毕业设计

基于MATLAB的同步发电机励磁系统仿真分析与调试摘要同步发电机为电力系统提供能量，其控制性能的好坏将直接决定电力系统的安全与稳定运行状况。

通过掌握利用MATLAB对励磁控制进行分析和研究的技能，能灵活应用MATLAB的SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。

通过使用这一软件工具从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来，而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。

文章介绍了MATLAB/Simulink的主要特点、基本模块和功能，分析了同步发电机励磁调节系统的组成及其各个部分原理，建立了基于MATLAB的同步发电机及其励磁调节系统仿真模型，最后建立了以PID和PSS为励磁控制方式的同步发电机励磁调节系统数学模型，在Simulink环境下进行了仿真，收到了很好的效果。

关键词：MATLAB；同步发电机；励磁调节系统；建模；仿真；校正ABSTRACTSynchronous generator is the energy of the power system provider, and its performance will directly determine the quality of power system security and stability in operation. Through mastering the use of MATLAB for analysis of the excitation control and research skills, flexibility SIMULINK of MATLAB simulation software to analyze performance of the system. Through the use of the software tools from the boring red tape out of the computational burden, and more reflection on the nature of the problem used to solve practical production and research issues.The article introduced the main features of the MATLAB/Simulink，the basic module and function，illustrated the composition of synchronous generator excitation system and its principle of every part，established the simulation model of generator from MATLAB and that of generator excitation system，established synchronous generator excitation system mathematical model that is controlled by the way of PID and PSS，simulate it in the environment of Simulink，get pretty good results.Key words: MATLAB；synchronous generator；excitation control system；modeling；simulation；Correction目录1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 MATLAB 软件介绍 (1)1.2.1 MATLAB 软件简介 (1)1.2.2 MATLAB 软件语言特点 (2)1.3 Simulink 介绍 (4)1.3.1 Simulink 简介 (4)1.3.2 Simulink 功能介绍 (4)1.3.3 Simulink 特点介绍 (5)2 同步发电机的励磁系统控制原理 (6)2.1 同步发电机介绍 (6)2.1.1 同步发电机工作原理 (6)2.2 励磁系统概述 (7)2.3 励磁系统的分类 (8)2.3.1 直流励磁机励磁系统 (8)2.3.2 半导体励磁系统 (9)2.3.3 静止励磁机励磁系统 (11)2.4 励磁系统在电力系统中的作用 (12)3 同步发电机励磁系统MATLAB 的建模 (15)3.1 励磁控制系统数学模型[3] (15)3.2 励磁控制系统的传递函数[3] (16)4 励磁控制系统的MATLAB 仿真 (17)4.1 励磁系统的仿真 (17)4.1.1 闭环传递函数 (17)4.1.1.1 闭环传递函数模型 (17)4.1.1.2 求阶跃响应 (18)4.1.2 开环传递函数 (18)4.1.2.1 开环传递函数模型 (18)4.1.2.2 根轨迹图设计器 (19)4.2 Simulink 求阶跃响应 (21)4.2.1 阶跃响应的暂态指标 (22)5 励磁控制系统的校正 (23)5.1 校正的概念 (23)5.2 校正的分类 (23)5.3 PID 对励磁系统的仿真 (23)5.4 励磁系统稳定器（PSS）对系统的校正 (25)5.5 PID 校正和PSS 校正的分析比较 (27)6 总结 (28)参考文献 (29)致谢 (30)附录 (31)附录A 计算暂态指标的程序1 (31)附录B 计算暂态指标的程序2 (33)1 绪论1.1 引言同步发电机是电力系统的能量提供者, 供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。

摘要本文首先介绍了永磁同步电机的国内外发展状况，然后介绍了永磁同步电机的结构及原理，接着建立了永磁同步电机的数学模型，并在此基础上用MATLAB 进行了仿真，最后进行了仿真及仿真结果的分析。

永磁同步电机是具有非线性、强耦合性、时变性的系统，在运行过程中会受到负载扰动等多因素影响。

以往研究永磁同步电机的做法是在硬件上搭建一个平台进行模拟，但是这样在做实验中难免会造成一些损失，而且硬件上的反馈会比较长研究周期长。

目前在国内外关于永磁同步电机调速系统的研究现状上来讲，基于MATLAB环境下仿真模型的构建下进行研究，这可极大的缩短研究周期和研究成本。

在利用MATLAB仿真模型研究永磁同步电机时，我们可以把那些扰动因数做成模拟信号给予模型，这样可以准确的定性分析实验得出结论。

关键字：永磁同步电机，空间矢量调制，MATLAB仿真，数学模型。

ABSTRACTIn the first, this paper introduces the domestic and international development status of Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM), gives a explanation about its basictheory, structure. Then it builds a mathematical model, and uses MATLAB to simulate that model.The PMSM is a nonlinear, strong-coupling and time-varying system, so in the operation process, it will be influenced by many factors such asload disturbance. Therere, it is necessary to take action when researching the control method of PMSM. The former research method is setting up a platform on hardware to perform experimensbut it is undesirable, because it often cause some loss, and the feedback cycle is longer than research cycle. As fordomestic and international current situation on the research of PMSM, it is obvious that researching under the simulation model created by MATLAB could greatly reduce the cost and cycle of researchment. When using MATLAB to build simulation model on the research of PMSM, we can transform these disturbance factors into analog signal, making a qualitative analysis to draw conclusions from them.Keywords：PMSM, SVPWM, MATLAB simulation, mathmatical model目录摘要 (I)ABSTRACT .............................................. I I 目录............................................... I II 第一章绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.1.1 研究背景 (1)1.1.2 研究的目的及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 国内研究历史及现状 (2)1.2.2 国外研究现状及趋势 (2)1.3 本文的主要内容 (3)第二章永磁同步电机调速系统的结构和数学模型 (5)2.1 引言 (5)2.2 永磁同步电机调速系统的结构 (5)2.3 永磁同步电机调速系统的数学模型 (6)2.3.1 PMSM在ABC坐标系下的磁链和电压方程 (6)坐标系下的磁链和电压方程 (8)2.3.2 PMSM在02.3.3 PMSM在dq0坐标系下的磁链和电压方程 (9)2.4 永磁同步电机的控制策略 (11)2.5 本章小节 (12)第三章永磁同步电机矢量控制及空间矢量脉宽调制 (14)3.1 引言 (14)3.2 永磁同步电动机的矢量控制 (14)3.3 空间矢量脉宽调制概念 (15)3.4 SVPWM模块的建立 (17)3.5 本章小结 (23)第四章基于Matlab的永磁同步调速系统仿真模型的建立 (24)4.1 引言 (24)4.2 MATLAB软件的介绍 (24)4.3永磁同步电机调速系统整体模型的建立 (25)4.4仿真参数调试及结果分析 (28)4.5本章小结 (29)第五章总结与展望 (30)5.1全文总结 (30)参考文献 (31)致谢 (33)第一章绪论1.1 研究背景及意义1.1.1 研究背景随着电力电子技术、微电子技术和现代电机控制理论的发展，交流调速系统逐步具备了宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能，交流调速系统应用越来越广泛。

matlab中关于永磁同步电机的仿真例子MATLAB中关于永磁同步电机的仿真例子1. 基本电机参数配置在进行永磁同步电机的仿真前，需要先配置基本的电机参数，包括电机的额定功率、额定电压、额定转速等。

2. 电机模型的建立使用MATLAB中的Simulink模块，可以方便地建立永磁同步电机的模型。

可以利用Simulink库中的电机模块，如Permanent Magnet Synchronous Machine来构建电机模型。

3. 电机控制策略的设计在建立电机模型后，需要设计适合的控制策略来控制电机的运行。

常见的控制策略包括：•PI控制：使用Proportional-Integral (PI) 控制器来调节电机的转速和电流。

•磁场定向控制（FOC）：通过测量电机转子位置和速度，将三相交流信号转换为等效直流信号，实现对电机的控制。

4. 电机仿真完成电机模型和控制策略的设计后，可以进行电机的仿真。

使用Simulink中的仿真工具，可以模拟电机的运行情况，并观察电机的转速、电流、转矩等参数的变化过程。

5. 仿真结果分析根据仿真结果，可以分析电机的性能指标，包括：•转速响应：电机在各种工况下的转速响应特性。

•转矩输出：电机在不同负载情况下的转矩输出。

•电流波形：电机的相电流波形及电流变化情况。

•功率因数：电机在运行过程中的功率因数变化。

6. 优化和改进根据仿真结果分析的情况，可以针对电机的性能进行优化和改进，例如：•调整控制策略的参数，提高转速响应和控制精度。

•优化电机的电气设计，提高效率和功率密度。

•添加降噪措施，减少电机的噪声和振动。

7. 结论根据电机仿真的结果和优化改进的情况，得出结论，总结永磁同步电机的特性和性能，并对未来的研究方向进行展望。

以上是关于MATLAB中关于永磁同步电机的仿真例子的一些列举和详细讲解，通过Simulink工具的电机模型建立、控制策略设计、仿真结果分析和优化改进等步骤，可以深入了解和研究永磁同步电机的性能和特性，并为电机控制系统的设计和优化提供有力支持。

基于matlab的同步发电机组建模与仿真基于matlab的同步发电机组建模与仿真I 基于MATLAB 的同步发电机组建模与仿真摘要随着电网的规模越来越大，电力系统的运行也随之越来越复杂。

同步发电机及其控制系统作为电源是电力系统中的重要组成部分，其性能对电力系统有着极大的影响，直接关系到系统的稳定运行。

为了使电力系统安全而经济地运行，我们必须对同步发电机组特性进行深入的研究。

而同步发电机组运行是一个相当复杂的过程，其动态特性随着机组的运行状态而不断变化，所以建立机组的模型并进行仿真研究是掌握发电机动态特性，评价其各个控制系统性能的有效手段，并且对工作人员的培训和研究将起到很大的作用。

同步发电机组模型的建立将涉及到机组的机理分析，有利于从理论建模中引出新的设计方法，为优化设计提供理论依据。

本文将对同步发电机及其励磁系统、调速系统的数学模型进行研究，利用MATLAB/Simulink 搭建同步发电机组的仿真模型，建立单机无穷大系统，最后对模型进行仿真，并分析仿真结果。

关键词：电力系统；单机无穷大系统；MATLAB/Simulink；仿真；同步发电机组华北电力大学本科毕业设计（论文）摘要II SYNCHRONOUS GENERATOR UNIT MODELING AND SIMULATION BASED ON MATLAB Abstract With the enlargement of the power grid scale, the operation of the power system is becoming more and more complex. As supply unit of the system, synchronous generator and its control system plays an important part in the power system. Their performance also imposes great influence to the power system and has a direct connection with the power system stability. In order to ensure the safe and economic operation of the power system, we shall do a profound research on the synchronous generator unit characteristics. However, the operation of the synchronous generator unit is a extremely complex process. Its dynamic characteristics are subject to the changing states of the unit operation. Therefore, it is efficient to build a unit model and do simulations research to acquire the dynamic characteristics of the unit, and evaluate the performance of each control system. This will also play a great role in the staff training and researches. The building of the synchronous generator unit model will involve the mechanic analysis of the unit, do favor to deduce new designing methods from theoretical model buildingand provide theoretical basis to the optimization design. In this paper the mathematical model of the synchronous generator and its excitation system, speed regulating system will be researched; the simulation model of synchronous generator unit will be built based on MATLAB/Simulink; a single-unit infinite system will be established; finally simulate the model and verify the accuracy of the model. Key Words: Power System; Single-unit Infinite System; MATLAB/Simulink; Simulation; Synchronous Generator Unit 华北电力大学本科毕业设计（论文）目录i 目录摘要∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙IAbstract∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙II 1 绪论∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1 1.1 课题背景和意义∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1 1.2 电力系统仿真发展现状∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1 1.3 本课题所完成的主要工作∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙2 2 同步发电机组数学模型∙∙∙∙∙∙4 2.1 同步发电机数学模型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4 2.1.1 同步发电机数学建模概述∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4 2.1.2 同步发电机基本方程∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4 2.1.3 同步发电机三阶模型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4 2.1.4 单机无穷大系统∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙7 2.2 励磁系统数学模型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙8 2.2.1 同步发电机励磁自动控制系统概述∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙8 2.2.2 同步发电机励磁自动控制系统数学模型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙8 2.3 调速系统数学模型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙10 2.3.1 同步发电机组调速控制系统概述∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙10 2.3.2 同步发电机调速系统数学模型于MATLAB 同步发电机组仿真∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙12 3.1 MATLAB 介绍∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙12 3.1.1 MATLAB/Simulink∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙12 3.1.2 常用Simulink 库模块∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙13 3.2 同步发电机组仿真的初值计算∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙14 3.3 同步发电机组仿真模型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙15 3.3.1 同步发电机模型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙16 3.3.2 同步发电机励磁自动控制系统仿真模型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙17 3.3.3 同步发电机调速系统仿真模型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙18 3.4 系统仿真及结果分析∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙18 3.4.1 稳定运行∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙19 3.4.2 系统电压突增或突降∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙20 3.4.3 增加励磁系统给定电压∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙2 1 3.4.4 增加调速系统给定功率∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙2 3 华北电力大学本科毕业设计（论文）目录ii 3.4.5 三相突然短路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙24 4 结论与展望∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙26 参考文献∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙27 致谢∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙28 华北电力大学本科毕业设计（论文）1 1 绪论1.1 课题背景和意义随着现代电力系统网络规模的不断扩大和电网电压等级的不断升高，电力系统规划、运行和控制的复杂性亦日益增加。

硕士研究生学位论文X X大学论文题目(中文)：基于MATLAB的同步发电机励磁系统的建模仿真论文题目(外文)：Modeling and Simulation of excitation system of synchronous generator based on MATLAB/simulink 研究生姓名：XXXX学科、专业：电气工程研究方向：导师姓名职称：论文答辩日期年月日学位授予日期年月日摘要近些年来,电力系统发展迅速,基本形成了高电压、大机组、超远距离输送的模式。

因此,保证电力系统的安全、稳定、高效运行成为了研究的热点与难点。

同步发电机励磁控制系统是同步发电机控制系统的核心。

经过长年的研究证明, 实现对同步发电机励磁的合理有效控制,是实现电力系统稳定运行要求的最快捷、最有效、最廉价的方法。

传统PID控制需要线性的精确模型,无法实现对非线性对象的有效控制,不能及时应对系统运行中被控对象发生的改变,对于目前以至未来电力系统的发展特点,难以实现有效控制。

模糊控制是一种智能控制方法,它不需要精确的数学模型,鲁棒性强,同时设计简单方便,易于实现。

本文从同步发电机励磁控制系统原理入手,在深入学习PID控制与模糊控制理论之后,将两者结合起来,提出了基于模糊PID同步发电机励磁控制策略。

详细阐述了该模糊PID励磁控制器的设计过程,实现了针对同步发电机励磁控制这一非线性系统的实时在线控制。

选取了多组参数对所设计的励磁控制器进行仿真,与常规PID控制效果进行比较分析。

实验结果表明本文提出的基于模糊PID的同步发电机励磁控制效果良好,系统的动态特性和静态特性相对于传统PID励磁控制都得到改善,能够对系统运行状态的改变做出及时合理的调整,响应速度快,超调量小,调整时间短,使系统具有较强的适应和抗干扰能力,控制效果明显提高；对于传统PID控制无法解决的非线性问题,模糊PID控制依然有良好的控制效果,体现出解决非线性控制问题的优势。

东北电力学院学报第20卷第4期Journal Of Northeast China Vol.20,No.4 2000年12月Institute Of Electric Power Engineering Dec.,2000文章编号:1005-2992(2000)04-0024-06基于MATLAB的励磁控制系统性能分析与设计的软件开发黎平(东北电力学院电力工程系,吉林吉林132012)摘要:M AT LAB是一套高性能的数值计算和可视化软件,它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体,构成了一个方便的、界面友好的用户环境。

利用M AT L AB开发了发电机励磁控制系统性能分析与设计软件,运用该软件可对励磁控制系统的稳定性和动态性能等进行分析,并设计出满足系统性能要求的励磁控制系统。

关键词:MA T LAB;励磁系统;稳定器中图分类号:T M761+.11T P31文献标识码:A计算机在各行业深入广泛的应用,引发了一场科学和技术革命。

各种数学软件,为科学和技术人员节省了宝贵的精力、赢得了时间。

其中MATLAB以它强大的数学计算功能和简洁的语句、函数及界面友好获得广大科技人员的一致认可,并被名家誉为第四代编程语言[1]。

同步发电机的励磁系统在稳态或暂态过程中,都直接影响着发电机的特性。

优良的励磁系统不仅可以保证高质量的电能、发电机运行的可靠性和稳定性,而且可以有效地提高发电机及其相关的电力系统的技术经济指标[2]。

为此,对励磁控制系统分析和设计一直是一重要的课题。

对励磁系统的性能分析和设计通常采用经典控制理论中时域法、根轨迹、频域法等方法。

设计的方法为试探方式,并且需设计的校正环节中参数之间又相互制约,所以分析和设计时需进行大量数值计算和相应的曲线绘制,采用手算很难完成。

对各物理量及参数对性能的影响,以及如何获得优良的动态品质,也无法深入了解。

利用M ATLAB的控制系统工具箱开发的励磁系统分析与设计软件,可以很好地解决励磁控制系统性能分析和设计的难题。

收稿日期:2000-04-25作者简介:陈琦,男,1975年生,硕士研究生1 文章编号　1006-0456(2001)01-0079-05基于Matlab5.3的永磁同步电机的分析和仿真陈琦,季国瑜(南昌大学电气与自动化工程学院,江西南昌330029) 摘要　简要介绍了Matlab5.3中的Simulink 软件,并说明了该软件在仿真中的使用1同时,对Matlab5.3中的永磁同步电机模块进行了分析,给出了建立该模块所依据的数学模型,并指出了该模块的参数设定及输入、输出方法1运用该模块进行仿真,只需输入一些参数,无须自己编程,便能得到仿真结果,因而减少了研究时间,节约了开支1文中给出了一个仿真实例,并进行了分析,与实际是一致的1关键词　永磁同步电机;Matlab5.3;分析与仿真中图法分类号　TM 351 文献标识码　A永磁同步电机(PMSM )具有结构简单、运行可靠、控制方便和效率高等特点,在现代交流电机中占有举足轻重的地位1但由于永磁电机的动特性较一般的电励磁式电机有很大不同,因此,根据设计参数对电机的动态过程进行数字仿真就显得十分必要,这样可在样机造出前就预知电机的动态性能,可为优化设计方案提供依据1Mathworks 公司1999年最新推出的Matlab5.3版本中,就有一个电力系统工具箱(Power System )1这是一个非常好的电路仿真软件,它里面就包含了永磁同步电机的仿真模块,因此无需自己再对电机的仿真模型进行编程,大大减少了研究时间,节约了开支11　Matlab5.3中的Simulink 软件简介Simulink 是基于Windows 环境下的图形程序1它具有相对独立的功能和使用方法,是对动态系统进行建模、仿真和分析的一个软件包1它支持线性和非线性系统、连续时间系统、离散时间系统、连续和离散混合系统,且系统可以是多进程的1它为用户提供了用方框图进行建模的图形接口,从而比通常用微分方程和差分方程建模的软件有更方便灵活和直观的优点1Simulink 含有Sinks (输出方式)、Source (输入源)和Connections (连接与接口)等子模块库1每个子模块又包含相应的功能模块,用户只要通过简单的单击和拖动鼠标的动作,就能创建自己的模块1模型建立好后,就可以直接对它进行相应的仿真分析1可以选择合适的输入源模块(如正弦波)做信号输入,用适当的接收模块(如示波器)观察系统响应,分析系统特性1按下菜单栏Simulation 上的Start 命令开始仿真,结果输出到接收模块上1如仿真结果不符合要求,则可以第23卷第1期2001年3月南昌大学学报(工科版)Journal of Nanchang University (Engineering &Technology )Vol.23No.1Mar.2001修改系统模块及参数,继续进行仿真分析12　永磁同步电机模块分析211　永磁同步电机模块进入Matlab 环境,在Matlab 菜单上选择File/New/Model ,即进入了Matlab 的图形仿真环境Simulink ,屏幕上出现两个窗口:一个标题为Simulink Library Browser ,这是仿真所用的各种模块库窗口;另一个标题为Untitled ,这是进行电路仿真的工作窗口1双击Power System Blockset 模块,在该模块下方出现一串子模块名1再次双击模块名“Machines ”,则又出现一串子模块名1用鼠标左键选中“Permanent Magnet Sychronous Machine ”模块,然后将其拖放至“Untitled ”窗口,可看到如图1的模块1再用鼠标将“PMSM 图1　永磁同步 图2　永磁同步电机的模块　电机测量环节Measurement Demux ”模块拖至Untitled 窗口,可看到如图2的模块1212　永磁同步电机模块分析永磁同步电机模块可工作于电动机方式或发电机方式1运行方式由电机电磁转矩符号决定(为正则是电动机状态,为负则是发电机状态)1关于电机的机械与电气部分的变量,我们可以用二阶状态空间模型来表示1为了简化模型,可以假定转子永磁磁极在定子上产生的感应磁通是正弦分布的,并且由于通常永磁同步电机的气隙较大,可以近似地忽略定转子铁心的磁饱和1因此,基于转子参考框架(即d ,q 坐标系)的永磁同步电机的数学模型可以表述为下列方程: d d t i d =1L d v d -R L d i d +L q L d p ωr i qd d t i q =1L q v q -R L q i q -L d L q p ωr i d -λp ωr L q T e =1.5p [λi q +(L d -L q )i d i q ]式中:L q ,L d 分别为q 轴、d 轴的电感系数;R 为定子绕组电阻;i q ,i d 分别为q 轴、d 轴的定子电流;v q ,v d 分别为q 轴、d 轴的定子电压;ωr 为转子角速度;λ为转子永磁磁极与定子绕组匝连的磁链的幅值;p 为电机极对数;T e 为电磁转矩1d d t ωr =1J (Te -F ωr -T m ) d θd t=ωr 式中:J 为转动部分的转动惯量;F 为机械阻尼系数;T m 为机械负载转矩1Matlab5.3中的永磁同步电机的模块就是建立在上述数学模型之上的1213　模块的参数设定及输入与输出在工作窗口中双击电机模型,将弹出电机参数输入设定窗口,需输入的参数有:[定子电阻R ],[交、直轴电感系数L q ,L d ],[定子绕组匝连的磁链幅值λ],[转动惯量J ,机械阻尼系数F ,电机极对数p ]1在应用中,根据仿真所用的实际参数设定即可1图1中电机模型的A ,B ,C 端口是三相定子电源输入端口,T m 端口是电机轴上的机械・08・南昌大学学报(工科版)2001年转矩1当T m >0时,工作于电动机状态;当T m <0时,工作于发电机状态1电机模型的m 端口是各个测量值的输出端口1电机的可测量值有10个(包括所有流入电机的电流):线电流i a ,i b ,i c ;q ,d 轴电流i q ,i d ;q ,d 轴电压v q ,v d ;转子转速ωe ;转子位置角θe ;电磁转矩T e 1但这些量不能直接从m 端口输出,必须由电机测量环节(PMSM Measurement Demux )输出,即将m 端口与测量环节m 端口连接1这样,测量环节输出端口即可输出各测量值1同时,也可把电机的一些输出量接回输入端,形成各种闭环控制1必须指出,Matlab 的电机模型是基于(d ,q ,o )坐标系的,因此下标为q ,d 都是坐标d ,q 上的量,如要和静止坐标系(as -bs -cs )的量进行比较,需对其进行坐标变换,即用派克逆变换矩阵:p -1(θ)=cos (θ)cos (θ-2π/3)cos (θ+2π/3)sin (θ)sin (θ-2π/3)sin (θ-2π/3)1/21/21/2进行变换,逆变换关系为f abc =p -1(θ)・f dqo3　仿真示例图3是一个电动机状态的永磁同步电机仿真电路图,电机处于闭环控制1从图3可知,有两个闭环回路,内环回路控制电机的定子电流,外环回路控制电机的转速,定子由三相PWM 逆变器供电1三相PWM 逆变器是由Simulink 标准模块封装而成的子系统1负载转矩起始值为3N ・m (额定值),在0.04s 时降至1N ・m 1其电机参数如下:[定子电阻R :2.875Ω],[L d :8.5mH ,L q :8.5mH],[磁链幅值:0.175wb ],[转动惯量:0.0008kg ・m 2,阻尼系数:0,电极对数:4]1图3　闭环控制的PMSM 仿真电路图选择工作窗口主菜单下的Simulink/Parameters ,即可进入仿真参数设置窗口,可以在窗口内设置仿真起始时间、仿真步长、解法、要求的误差限等1此例中,设置起始时间为0,停止时间为0.06s ,选取Odel5S (可变阶次的数值微分公式(NDFS )算法)变步长解法,可解刚性问题,其它都使用缺省选项1单击Simulation/Start ,即开始仿真,波形如图4,图5,图6所示1・18・第1期陈琦等:基于Matlab5.3的永磁同步电机的分析和仿真图4　定子三相电流波形图5　电机转矩波形图6　电机转速波形・28・南昌大学学报(工科版)2001年由图可见,电机转矩、电流在电机启动时,都急剧增加,但很快便进入稳定运行状态,此时转矩的值为3N ・m 1在0.04s 时,由于负载减小,电流、转矩都出现轻微波动,但很快又达到新的稳定运行状态,此时转矩的值为1N ・m 1而电机转速由于惯性的作用,并未出现波动现象1这与实际电机运行时的波形是一致的14　结论本文系统而简略地介绍了Simulink ,介绍了Matlab5.3中的永磁同步电机的数学模型,并结合实例说明模块及仿真参数的设置1由此可见,对永磁同步电机的仿真,在很多情况下,可以利用该模块,节约研究时间1另外,也有助于读者掌握Matlab5.3其它仿真应用1参考文献[1]　张伟,许广彬1Matlab5.2在电气仿真中的应用[J ]1电工技术,1999,28(10)1[2]　程卫国,冯峰1Matlab5.2应用指南[M ]1北京:人民邮电出版社,19991[3]　谢卫,汪国梁1永磁同步电动机的快速仿真数学模型[J ]1西安交通大学学报,1993,47(4)1Analysis and Simulation B ased on Matlab 5.3forPerm anent Magnet Synchronous MachinesChen Qi ,Ji Guoyu(Elect rical and A utom ation Engineering School ,N anchang U niversity ,N anchang 330029,China )ABSTRACT This paper briefly introduces the software Simulink and how to use it in the simulation.Then it presents a mathematical model on which the model of PMSM is established ,and describes the application of the model of PMSM.The outstanding feature of the model of PMSM lies in the fact that the result of simulation can be achieved by inputting some parameters ,so the program isn ’t indispensable ,and researching time is saved.A simulating example is provided.KE Y WOR DS PMSM ;Matlab5.3;analysis and simulation・38・第1期陈琦等:基于Matlab5.3的永磁同步电机的分析和仿真。

上海电力学院《自动控制原理》MATLAB仿真实验报告课程：自动控制原理题目：发电机励磁控制系统院系：电气工程学院班级：2010021姓名：学号：20102168发电机励磁控制系统（PID 、超前、滞后控制）仿真一、仿真模型图1发电机励磁控制系统模型如图所示为发电机励磁控制系统模型。

功率励磁装置的传递函数为11f T S+，发电机的等效传递函数为11d T S'+，10.05T s =，0.5f T s =，5d T s '=，20K =，分别用不同的控制器（PID ，超前，滞后）使系统相位域量50γ≥，误差系数大于40。

，在实验过程中比较不同控制器的特点。

二、系统控制器 （1） PID 控制器PID 控制器有三个可以调整的参数，即p K 、i T 和d T ，11c p d i G K T s T s⎛⎫=++ ⎪⎝⎭这种控制器既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。

当偏差阶跃出现时，微分立即大幅度动作，抑制偏差的这种跃变；比例也同时起消除偏差的作用，使偏差幅度减小，由于比例作用是持久和起主要作用的控制规律，因此可使系统比较稳定；而积分作用慢慢把余差克服掉。

只要三个作用的控制参数选择得当，便可充分发挥三种控制规律的优点，得到较为理想的控制效果。

PID 控制器特别适用于过程的动态特性是线性的而且控制性能要求不太高的场合。

（2） 超前校正控制器超前校正装置的主要作用是通过其相位超前效应来改变频率响应曲线的形状，产生足够大的相位超前角，以补偿原来系统中元件造成的过大的相位滞后。

利用其相位超前特性，可以增大系统的稳定裕度，提高动态响应的平稳性和快速性；对提高系统稳态精度作用不大，系统抗干扰能力有所下降（一般用于稳态精度已基本满足要求，但动态性能差的系统）；利用校正函数()11c p TSG s K TSα+=+，()1α>求得参数进行校正。

同步发电机励磁自动控制系统设计摘要随着电力行业不断发展和机组单机容量的增大，对机组的要求是越来越高，不仅仅是机组的可用率、运行效率和安全性，对机组的可靠性与经济性也提出了更高的要求。

励磁系统作为发电机的核心控制系统，它的运行状态直接影响发电机运行可靠性与经济性。

因此，保证励磁系统安全、可靠的工作是十分重要的。

对励磁系统进行状态监测与诊断不仅能够提高设备维护的经济性，还能显著提高系统的可靠性。

在本论文中，通过分析了同步发电机励磁系统的工作原理，运用飞升曲线法建立了励磁控制系统的动态数学模型，运用工程设计法设计出闭环控制系统的调节器。

组建了同步发电机励磁自动控制系统，完成系统调试。

实验结果表明该数学模型和控制算法是合理的。

然后分析了同步发电机自励励磁系统的不足,提出一种新型斩波控制励磁系统。

分析了这种系统的工作原理,建立了各个环节的数学模型,利用工程设计法设计出相应的调节器,根据反馈控制原理组建了自励自动控制系统。

仿真结果证明了本文提出控制方案的可行性,为励磁改造和优化提供了一定的理论指导意义。

关键词：同步发电机；飞升曲线法；工程设计法Design of automatic control system for synchronous generator excitationAbstractWith the power industry will continue to development and unit capacity increasing, the requirement of the unit is more and more high. Not only is the unit availability, operation efficiency and safety of, also put forward higher requirements on the unit reliability and economy. As the core control system of generator, the operation state of the excitation system directly influences the reliability and the economy of generator.Therefore, it is very important to guarantee the safety and reliability of the excitation system.. The state monitoring and diagnosis of excitation system can not only improve the economic performance of the maintenance, but also improve the reliability of the system.In this paper, through the analysis of the working principle of the excitation system of synchronous generator, using upwards curve method to establish the dynamic mathematical model of excitation control system, a closed loop control system of the regulator using the engineering design method is adopted to design. The automatic control system of generator excitation is established, and the system is debugged.Experimental results show that the model and control algorithm are reasonable.And then analyzes the lack of self excitation of synchronous generator excitation system, puts forward a new type of chopper control excitation system. Analysis of the working principle of this system, all aspects of the mathematical model are established, and the engineering design method design corresponding regulator, according to the feedback control principle of formation of the automatic control system of self. The experimental results prove the feasibility of the proposed control scheme, and provide some theoretical guidance for the excitation and optimization.Key words:synchronous generator; soaring curve; engineering design目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 励磁系统概述 (1)1.2 励磁系统的分类 (2)1.2.1 直流励磁机系统 (2)1.2.2 他励交流励磁机系统 (2)1.2.3 静止并励励磁系统 (2)1.3 励磁系统状态监测发展前景 (3)2励磁系统的建模分析 (4)2.1 建模方法简介 (4)2.2 飞升曲线法简介 (5)2.3 本次实验的方法及数据处理 (7)3 控制器的设计 (10)3.1 PID励磁控制 (10)3.2 励磁调节器的 PID 算法 (10)3.3 调节器的工程设计方法 (11)3.3.1 工程设计方法的基本思路 (12)3.3.2 典型Ⅰ型系统 (12)3.3.3 典型Ⅱ型系统 (14)3.4 励磁控制系统的设计 (16)3.4.1 PID电压调节器参数整定 (17)4 开关式自并励励磁系统的硬件设计 (18)4.1 同步发电机励磁自动控制策略 (18)4.2控制器的设计与应用 (18)4.2.1 PWM调制器 (18)4.2.2 驱动电路 (22)4.3 机械功率输出部分的设计与应用 (24)4.4 开关式并励励磁系统功率主回路的设计与应用 (25)4.4.1 降压斩波电路简介 (25)4.4.2 功率回路分析 (27)4.5 检测控制单元 (29)5 励磁自动控制系统的仿真及结果分析 (29)5.1 动态特性试验 (30)5.2 直流电源起励方式 (30)5.2.1 起励流程 (30)5.2.2 国家相关标准 (31)5.2.4 MATLAB仿真图 (32)5.3 抗扰动特性试验 (32)结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)1 绪论现实生活中，越来越多的同步发电机系统应用于像电站、工厂、舰船等独立供电系统之中。

基于Matlab的永磁同步电机矢量控制系统仿真研究一、本文概述随着电机控制技术的快速发展，永磁同步电机（PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的调速性能，在众多工业领域得到了广泛应用。

为了充分发挥永磁同步电机的性能优势，需要对其进行精确的控制。

矢量控制作为一种先进的电机控制策略，能够实现对电机转矩和磁链的独立控制，从而提高电机的动态和稳态性能。

对基于Matlab的永磁同步电机矢量控制系统进行仿真研究，对于深入理解电机控制原理、优化控制系统设计以及推动电机控制技术的发展具有重要意义。

本文旨在通过Matlab仿真平台，构建永磁同步电机的矢量控制系统模型，并对其进行仿真分析。

文章将介绍永磁同步电机的基本结构和工作原理，为后续的控制系统设计奠定基础。

接着，将详细阐述矢量控制的基本原理和实现方法，包括坐标变换、空间矢量脉宽调制（SVPWM）等关键技术。

在此基础上，文章将构建基于Matlab的永磁同步电机矢量控制系统仿真模型，并对其进行仿真实验。

通过对仿真结果的分析，文章将评估矢量控制策略在永磁同步电机控制中的应用效果，并探讨可能的优化措施。

二、永磁同步电机的基本原理和特性永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种利用永久磁铁作为转子励磁源的同步电机。

其工作原理主要基于电磁感应定律和电磁力定律，结合现代电力电子技术和先进的控制理论，实现了对电机的高性能控制。

永磁同步电机的核心构造包括定子绕组和永磁体转子两大部分。

定子绕组与交流电源相连，通入三相对称电流后会产生旋转磁场，类似于异步电机中的定子磁场。

不同于异步电机的是，PMSM的转子上镶嵌有高性能稀土永磁材料，这些永磁体在电机运行时不需外部电源励磁，即可产生恒定的磁场。

当定子旋转磁场与转子永磁磁场相互作用时，便会在电机内部形成一个合成磁场，从而驱动转子跟随定子磁场同步旋转。

高效节能：由于取消了传统同步电机所需的励磁绕组和励磁电源，永磁电机减少了励磁损耗，效率通常能达到90以上，尤其在宽负载范围内保持较高的效率水平。

MATLAB仿真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 仿真目言 ................................................ ........................................................................................ - 1 -1.1 引................................................ .............................................................................. - 1 1.2 同步电机概述 ................................................ .............................................................. - 1 1.3 系统仿真技术概述 ................................................ ................................................... ... - 2 仿真软件的发展状况与应用 1.4 仿真软件的发展状况与应用 ................................................ ...................................... - 2 1.5 MATLAB概述................................................. ............................................................ - 2 1.6 SIMULINK 概述 ................................................ ............................................................. - 4 第2章同步电机基本原理 ................................................ ................................................... (5)理想同步电机 ................................................ .................................................................. 5 2.2 ABC/DQ 模型的建立................................................. ......................................................... 5 第3章仿真系统总体设计 ................................................ .. (9)3.1 系统对象................................................. .......................................................................... 9 3.2 系统分块................................................. .................................................控制反馈环节控制反馈环节................................................. ................................................... . (10)第4章仿真系统详细设计 ................................................ ................................................... (12)4.1 总体设计................................................. ................................................... ..................... 12 4.2 具体设计................................................. ................................................... ..................... 12 4.3 控制反馈环节控制反馈环节................................................. ...................................................第5章系统仿真运行 ................................................ ................................................... .. (16)5.1 输出结果稳定情况输出结果稳定情况................................................. ................................................... .. (16)结论 ................................................ ................................................... .. (19)致谢…………………………………………………………………………………………. 致谢………………………………………………………………………………………….20 …………………………………参考文献 (21)宿迁学院毕业设计论文第1章引言1.1 引言世界工业进步的一个重要因素是过去几十年中工厂自动化的不断完善。

基于MATLAB的永磁同步电机变频调速系统的仿真及研究【摘要】变频调速技术是同步电机的研究热点之一;基于永磁同步电机变频调速理论，采用MATLAB建立了三相同步电动机启动、制动和变频调速的仿真模型;通过动态仿真研究了这三种过程中单相的电磁功率、电枢电流、功率角及转速的变化规律，为同步电机变频调速的研究提供了研究方法和技术参考。

【关键词】MATLAB;永磁同步电机;变频调速;系统仿真Study on simulation of frequency control system of permanent magnet synchronous motor based on MATLABHU Xuelin，QI Xiangdong，ZHANG Yuan（School of Electronic and Information Engineering，Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan 030024）Abstract：Frequency control technology is one of the research focuses of permanent magnet synchronous motor.Based on the frequency control theory of permanent magnet synchronous motor，the frequency control of the starting，braking and simulation model of three-phase synchronous motor were built by MATLAB.The change of the armature current，power Angle and speed of single-phase were studied by dynamic simulation.The research method and technical reference of frequency control of permanent magnet synchronous motor were provided in this study.Key words：MATLAB;permanent magnet synchronous motor;frequency control;system simulation1.引言随着电子元器件制造技术和永磁材料性能的不断提高，永磁同步电机的开发和应用向着微型化、大功率化和高效率化的方向不断发展。

同步发电机励磁控制系统的仿真研究同步发电机励磁控制系统是电力系统中的重要组成部分，对于维持电力系统的稳定运行和确保电能质量具有重要意义。

随着科学技术的不断发展，对于同步发电机励磁控制系统的研究也在不断深入。

本文将介绍同步发电机励磁控制系统的研究现状，并提出一种仿真研究方案，通过实验验证该方案的有效性，最后总结文章的主要观点和成果，并指出不足之处和未来研究方向。

在现有的研究中，同步发电机励磁控制系统主要分为有功功率控制和无功功率控制两部分。

有功功率控制主要是通过调节励磁电流来控制发电机的转速，从而维持电力系统的稳定运行。

而无功功率控制则主要是通过调节励磁电流来控制发电机的端电压，从而确保电力系统的电压稳定。

然而，现有的研究主要集中在有功功率控制上，对于无功功率控制的研究相对较少。

针对现有研究的不足之处，本文提出了一种仿真研究方案。

在仿真环境中搭建了同步发电机励磁控制系统，并选取了相应的仿真参数。

在仿真过程中，通过调节励磁电流来控制发电机的转速和端电压，并记录仿真结果。

通过对比不同励磁电流下的仿真结果，可以得出励磁电流对发电机性能的影响。

在实验部分，本文选取了一台实际运行的同步发电机进行实验，通过调节励磁电流来控制发电机的转速和端电压，并记录实验结果。

实验结果表明，随着励磁电流的增加，发电机的转速和端电压均有所增加。

同时，本文还将仿真结果与实验结果进行了对比，发现两者具有较好的一致性。

通过本文的研究，可以得出以下同步发电机励磁控制系统对于电力系统的稳定运行和电能质量具有重要意义；现有的研究主要集中在有功功率控制上，对于无功功率控制的研究相对较少；通过仿真研究可以更加深入地了解励磁电流对发电机性能的影响；实验结果与仿真结果具有较好的一致性。

然而，本文的研究还存在一些不足之处。

仿真研究是一种理想化的研究方法，与实际运行情况可能存在一定的差异。

实验样本仅仅是一台实际运行的同步发电机，样本数量较少，可能无法全面反映实际情况。

总第262期2011年第8期计算机与数字工程Co mputer&Dig ital Eng ineeringV ol.39N o.862基于MATLAB的同步发电机PSS与励磁系统仿真*张伟1),2)余莉1)刘玉娟1),2)周浩南1)(南京信息工程大学信控学院1)南京210044)(河海大学能源与电气学院2)南京210098)摘要在分析同步发电机励磁控制系统模型的基础上,研究了以电力系统稳定器(Po wer System Stabilizer-P SS)为辅助控制的同步发电机励磁控制方式,并基于M A T L A B/SIM U LI NK构建了包含P SS的励磁控制系统的仿真模型。

根据仿真结果分析在电力系统出现不同故障(三线短路以及断线故障)情况下带有PSS的励磁控制系统的控制性能,并与不加载P SS的励磁系统进行了比较,得到了在同步机励磁系统中加载PSS的必要性,为励磁系统的设计提供了依据。

关键词M A T L A B;同步发电机;励磁控制系统;P SS中图分类号T P391Synchronous Generator Excitation Systemwith PSS Simulation Based on MA TLABZ h ang W ei1),2)Y u L i1)L iu Y ujuan1),2)Z hou Hao nan1)(Co llege of I nfo rmatio n and Co nt rol,N anjing U niver sity o f Info rmation Sciences&T echnolo gy1),Nanjing210044) (Co llege of Energ y and Electrical Eng ineering,H ohai U niv ersity2),Nanjing210098)Abstract T he paper study t he pow er system stabilizer(PSS)fo r the aux iliary co nt rol of the sy nchro no us g ener ator ex-citatio n co nt rol on the base of the analy sis of synchronous g ener ator ex citation contr ol system model.A nd the ex citatio n con-tro l sy stem simulation model including P SS is established based on M A T L A B/SIM U L IN K.By setting pow er sy stem fault such as the three phase shor t circuit and disconnection fault to analysis the ex citatio n contro l system p contr ol perfo rmance w ith P SS accor ding to the simulatio n results,and compar e the r esult w ith t he excitat ion sy st em w ithout PSS.At last obtained the necessity o f loading PSS in the sy nchro no us machine excitation system,and pr ov ided t he basis for t he desig n o f ex citatio n system.Key Words M A T L AB,sy nchro no us g ener at ors,excitat ion contro l system,PSSClass Numb er T P3911引言随着电力工业改革的不断完善,以大机组、超高压为特点的大规模电力系统迅速发展,形成大系统、大电网、超高压、重负荷、大区联网和交直流联合输电等特点,加上分布式能源的日新月异,改善电力系统运行的安全稳定性成为日趋重要和紧迫的课题[1~2],所以提高电力系统运行的稳定性一直是人们关注的热点。

基于MATLAB同步发电机仿真系统本科毕业设计(论文)华东交通大学理工学院Institute of Technology.East China Jiaotong University毕业设计(论文)Graduation Design (Thesis)(2006?2010年)题目:基于Matlab的同步发电机系统仿真分院:电气与信息分院专业:电力牵引华东交通大学理工学院毕业设计(论文)原创性申明本人郑重申明:所呈交的毕业设计(论文)是本人在导师指导下独立进行的研究工作所取得的研究成果。

设计(论文)中引用他人的文献、数据、图件、资料,均已在设计(论文)中特别加以标注引用,除此之外,本设计(论文)不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。

本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。

毕业设计(论文)作者签名:日期: 年月日毕业设计(论文)版权使用授权书本毕业设计(论文)作者完全了解学院有关保留、使用毕业设计(论文)的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交设计(论文)的复印件和电子版,允许设计(论文)被查阅和借阅。

本人授权华东交通大学理工学院可以将本设计(论文)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编毕业设计(论文)。

(保密的毕业设计(论文)在解密后适用本授权书)毕业设计(论文)作者签名:指导教师签名:签字日期: 年月日签字日期: 年月日毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

基于MATLAB的同步发电机励磁系统仿真研究作者：汪夏斌来源：《山东工业技术》2017年第02期摘要：发电机的励磁系统可以将机端电压维持在一个相对稳定的水平，这对于保证发电机正常运行是至关重要的。

另外，励磁系统还有助于发电机的暂态稳定。

本文在MATLAB/Simulink试验环境下搭建了最为典型的单机——无穷大系统仿真模型，并在此模型的基础上研究系统发生三相短路故障时发电机励磁系统的动态调节特性，以便为更深刻地理解发电机的励磁性能对电机本身的影响做好铺垫。

关键词：MATLAB；同步发电机；励磁系统DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.1501 引言同步发电机作为电网能量的注入者而注定成为电网中的重要元件，其运行性能好坏将直接关系到整个电力系统是否能够保持安全稳定运行[1]，同步发电机的合理控制为此显得颇为重要。

虽然调节机械功率和励磁电压是发电机控制的最主要的两个方法，但是由于调节机械功率需要调整过程缓慢的调速器，因此在研究励磁系统的控制时可以将调速器认为不动作。

这样，励磁控制和机械功率控制便可以解耦分析。

发电机的励磁系统在维持发电机机端电压水平恒定和合理分配并联机组无功方面具有突出贡献，并且对于电力系统的稳定运行也有相当重要的作用[2]。

三相短路故障已成为公认的电网最为严重的事故之一，它一旦发生便有可能造成大面积停电，严重威胁电网的安全稳定运行。

因此，本文通过仿真研究发电机励磁系统对发电机三相短路过渡过程的影响具有重要意义。

2 仿真模型本文为了重点研究励磁系统对发电机暂态稳定的影响而简化了电力系统模型，在MATLAB/Simulink环境下构建如图1所示的单机—无穷大系统仿真模型。

此仿真模型由实际电网简化而来，简化后保留了发电机、励磁控制系统、变压器、双回线路、负荷和无穷大系统。

3 仿真分析案例：设置同步发电机在15秒时刻出线首端发生三相短路故障，研究励磁系统在发电机三相短路故障过渡过程中的调节作用。

基于MATLAB的励磁控制系统仿真实验设计
刘兴杰;田建设;朱洪波
【期刊名称】《电气电子教学学报》
【年(卷),期】2003(025)004
【摘要】分析了当前所采用的励磁调节器实验设备存在的不足,介绍了仿真软件MATLAB及其在电力系统仿真中的应用.在MATLABSimulink下设计了基于机端电压的模糊励磁调节器、神经网络励磁调节器和PID励磁调节器,通过仿真结果比较显示了智能控制的优越性.又设计的基于多变量线性及非线性励磁调节器,并在PSB下将其用于单机一无穷大系统进行了仿真实验.通过所设计的仿真实验显示了MAT-LAB不仅可以弥补当前实验中的不足,而且可以改善实验效果、提高教学质量.
【总页数】3页(P48-50)
【作者】刘兴杰;田建设;朱洪波
【作者单位】华北电力大学,电力工程系,河北,保定,071003;华北电力大学,电力工程系,河北,保定,071003;华北电力大学,电力工程系,河北,保定,071003
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
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