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。
基于matlab的永磁同步电机调速系统的仿真
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。
基于MATLAB的同步发电机励磁系统仿真研究
案例 ：设置同步发 电机在 １ ５ 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 。 由图 ３ － １ 可 以看出 ，当同步发 电机 １ ５ ｓ 时刻出线 首端突然 发生三 相短路时 的励磁 电压 Ｖｆ ｌ快速 上升 到最大 电压 值 ５ ，这 说 明 了 励 磁 系 统 在 三 相 短 路 瞬 态 进 行 了 强 励 调 节 来 阻 止 机 端 电 压迅速跌落 。另外 ， 还可以看出励磁 电流 ｌ ｆ ｄ的波 形 出现 了 振
Ｄ ＯＩ： １ ０ ． １ ６ ６ ４ ０ ／ ｝ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ３ ７ — １ ２ ２ ２ ／ ｔ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ２ ． １ ５ ０
１ 引 言
同步发 电机作 为 电网能 最的注 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 ” ，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 一 Nhomakorabea，
２ 仿真模型
一
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 ＭＡ ＴＬ ＡＢ ／ Ｓ ｉ ｍｔ ｄ ｉ ｎ ｋ环 境下 构建如 图 １所示 的单 机一 无穷大系统仿真模型 。
一 ～
荡现象 ，这是 由于励 磁 电压 的剧 烈 变 化 导致 ，说明励磁系统 调 节 过 程 有 可 能 引 ： Ｆ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝■—— 二 ＝： ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝＝ ＝ ＝ ］ 发系统振荡 。 ｌ ｎ ＾ ｎ ＾ ｊ １ ～ ， 一 — ＿ ｖ …… — — 一 一 — 一 ＿ ＿ 由图３ — ２和 图 ｔ ３ — ３ 还 可 以看 出，发 电机 出 口 发 生 三 相 短 路 瞬 间 时 功 角 同 样 发生 了振 荡现 象 ， 图３ — ２ 三相短路时转速、功角与有功输出 机 端 电 压 大 减 ，输 出的有功 Ｐ ｅ ｏ 猛减后 开 始 波 动 ，１ ５ ． １ ｓ 时 刻 故 障 消 失 ，在 励 磁 系 统 强 励 调 节 作 用 下输 出的有功 Ｐ ｅ ｏ 在 机 端 电 压 恢 复 后 也 很 快 恢 复 了 正 常 值 ； 机 端 线 电压 Ｖｔ 在 １ ５ ｓ 时刻 因为短路 故 障而 由额定值 １ 陡 图３ — ３ 三 相 短 路 时 机 端 电 压 降至 Ｏ ． ４ ，之 后 由 于 强励 的启动 ，机端线 电压 Ｖ ｔ 不再急剧下降 ，而是开始在 ０ ． ３附近减 幅 波动 ，１ ５ ． １ ｓ 时刻故 障消 失后机端线 电压 Ｖｔ 在 强励作用下 迅速恢复 到 额定值 １ 。 转子转速 ｗ 在短路时 由于发电机负载 大减 ， 因此开 始加速 ， 在 强励的作用下 才被控制住 ，由于惯 性较大经 １ ５ ｓ 时间减幅波动才 稳 定在额定值 １ 。
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。
基于MATLAB的同步发电机励磁系统的建模与仿真研究剖析
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。
基于MATLAB的励磁控制系统性能分析与设计的软件开发
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。
基于Matlab53的永磁同步电机的分析和仿真
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。
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论文作者签名：日期：指导教师签名：日期：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。
为保证同步电机的正常运行，励磁系统应能够稳定地提供同步电机从空载到满载以及过载时所需的励磁电流；当电力系统发生故障而使电网电压下降时，励磁系统应能快速强行励磁，以提高系统的稳定性；当同步电机内部发生短路故障时，为迅速排除故障并使故障局限在最小范围内，应能快速灭磁。
按照所采用的整流装置，目前的励磁系统可分为2类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流变成直流后供给励磁的半导体励磁系统。
无论采取哪种方式，同步发电机励磁系统都是通过调节发电机励磁绕组两端的励磁电压，从而影响发电机的电动势，达到稳定端电压的目的。
在MATLAB中，电力系统模型可以在Simulink环境下直接搭建，也可以据所研究对象物理模型建立其数学模型，并进行封装和自定义为用户自己的模块库，充分显现了其仿真平台的优越性。
同时更重要的是，MATLAB提供了丰富的工具箱资源。
以及大量的实用模块，在Simulink环境下，不仅可以进行电力系统的仿真计算，还可以实现复杂的控制方法仿真，使得我们更加深入地研究电力系统的行为特性。
1.2 MATLAB软件介绍MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
MATLAB的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。
附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了MATLAB环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。
1.2.1 MATLAB软件简介在20世纪70年代中期,Cleve Moler博士和其同事在美国国家科学基金的资助下开发了调用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序库.EISPACK是特征值求解的FORTRAN程序库,LINPACK是解线性方程的程序库.在当时,这两个程序库代表矩阵运算的最高水平.到20世纪70年代后期,身为美国New Mexico大学计算机系系主任的Cleve Moler,在给学生讲授线性代数课程时,想教学生使用EISPACK和LINPACK程序库,但他发现学生用FORTRAN编写接口程序很费时间,于是他开始自己动手,利用业余时间为学生编写EISPACK和LINPACK的接口程序.Cleve Moler给这个接口程序取名为MATLAB,该名为矩阵(matrix)和实验室(laboratory)两个英文单词的前三个字母的组合.在以后的数年里,MATLAB在多所大学里作为教学辅助软件使用,并作为面向大众的免费软件广为流传.在当今30多个数学类科技应用软件中,就软件数学处理的原始内核而言,可分为两大类.一类是数值计算型软件,如MATLAB、Xmath、Gauss等,这类软件长于数值计算,对处理大批数据效率高;另一类是数学分析型软件,如Mathematica、Maple等,这类软件以符号计算见长,能给出解析解和任意精度解,其缺点是处理大量数据时效率较低.Math Works公司顺应多功能需求之潮流,在其卓越数值计算和图示能力的基础上,又率先在专业水平上开拓了其符号计算,文字处理,可视化建模和实时控制能力,开发了适合多学科,多部门要求的新一代科技应用软件MATLAB.经过多年的国际竞争,MATLAB已经占据了数值型软件市场的主导地位.时至今日,经过Math Works公司的不断完善,MATLAB已经发展成为适合多学科,多种工作平台的功能强劲的大型软件.在国外,MATLAB已经经受了多年考验.在欧美等高校,MATLAB已经成为线性代数,自动控制理论,数理统计,数字信号处理,时间序列分析,动态系统仿真等高级课程的基本教学工具;成为攻读学位的大学生,硕士生,博士生必须掌握的基本技能.在设计研究单位和工业部门,MATLAB被广泛用于科学研究和解决各种具体问题.1.2.2 MATLAB软件语言特点一种语言之所以能如此迅速地普及,显示出如此旺盛的生命力,是由于它有着不同于其他语言的特点.正如同FORTRAN和C等高级语言使人们摆脱了需要直接对计算机硬件资源进行操作一样,被称作为第四代计算机语言的MATLAB,利用其丰富的函数资源,使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来.MATLAB的最突出的特点就是简洁.MATLAB用更直观的,符合人们思维习惯的代码,代替了C和FORTRAN语言的冗长代码.MATLAB给用户带来的是最直观,最简洁的程序开发环境.以下简单介绍一下MATLAB的主要特点。