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1、课程设计（论文）任务及评语院（系）：信息科学与工程学院 教研室：电气工程及其自动化学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目发电机自并励励磁自动控制系统稳定性分析课程设计（论文）任务基本参数：测量回路时间常数为s 发电机回路时间常数为s适应单元时间常数为s 积分单元时间常数可整定s, 动态放大系数可整定为10，20，30，40，50，100所给数值均为标幺值。设计要求1. 选择合理定态工作点，将系统线性化。2. 对不同的值分析系统的稳定性，确定的值。3. 分析系统在单位阶跃函数作用下的稳态误差。4. 作出对应不同的根轨迹分析稳定性。5. 提出改善系统稳定性的措施。指导教师评语及成绩成绩： 指导
2、教师签字： 年 月 日辽 宁 工 学 院 课 程 设 计 说 明 书（论 文）目 录第1章 课程设计目的与要求11.1 课程设计目的11.2 课程设计的实验环境11.3 课程设计的预备知识11.4 课程设计要求1第2章 课程设计内容22.1发电机励磁自动控制系统的概述22.2发电机自动励磁自动控制系统传递函数22.3同步发电机励磁自动控制系统特性的分析22.3.1线性化分析22.3.2稳定性分析32.3.3稳态误差分析52.3.4根轨迹分析52.4 改变励磁控制系统稳定性措施8第3章 课程设计总结.9参考文献.9第一章 课程设计目的与要求1.1 课程设计目的“电力系统自动化”课程设计是在教学及
3、实验的基础上，对课程所学的理论知识进行深化和提高。因此，要求学生能综合应用所学的理论知识，能够较全面地巩固和应用本课程中所学到的基本理论和基本方法，进行发电机励磁自动控制系统特性分析与计算，加深理解发电机励磁自动控制系统的基本原理，并分析系统的稳定性、稳态误差以及根轨迹的特性。通过这次课程设计培养学生独立思考、独立收集资料、独立设计的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。1.2 课程设计的实验环境在计算机上绘制相关电路图和编写相关公式，并利用word2000编辑课程设计说明书。1.3 课程设计的预备知识熟悉电力系统自动化课程的基础理论和基本知识。1.4 课程设计要求独立完成课程设计，说明书
4、应按下列要求书写：1 、选择合理定态工作点，将系统线性化。2 、对不同的值分析系统的稳定性，确定的值。3 、分析系统在单位阶跃函数作用下的稳态误差。4 、作出对应不同的根轨迹分析稳定性。5 、提出改善系统稳定性的措施。6 、对课程设计进行总结8、 课程设计说明书应层次分明、内容完整、语言通顺、图表整齐规范、数据详实。9、 课程设计说明书的格式按照教务处文件执行。10、完成4000字左右说明书。第2章 课程设计内容2.1 发电机励磁自动按制系统的概述同步发电机励磁自动控制系统是一个反馈自动控制系统。一个自动控制系统首先应该是稳定的，这是该系统能够运行的前提；其次应该具有良好的静态和动态特性。2.
5、2发电机励磁自动控制系统的传递函数图1 同步发电机自并励励磁动控制系统的传递函数框图2.3同步发电机励磁自动控制系统特性的分析2.3.1 线性化分析励磁自动控制系统的特性可以使用古典控制理论，也可以便用现代控制理论。这些理论通常只适用于线性自动控制系统对非线性系统是不适用的。而发电机励磁控制系统一般都有非线性环节。上图就是一个非线性系统，这就需要进行线性处理。线性处理时首先要确定在那点线性化，也就是首先要确定系统各环节的定态工作点，然后假定在整个运行过程中各环节的输入量和输出量在定态工作点附近变化的绝对值一直保持很小。这样就可以把本来是非线性的环节近似地当成线性环行对待。分析发电机励磁自动控制
6、系统,一般假定发电机在空载额定状态(即发电机空载额定转速、额定定于电压)运行时各环节对应的输入、输出为定态工作点，而且励磁系统的输入信号Ugd只有很小变化。同时考虑到发电机空载运行时励磁电流较小。可控硅整流电路的换相电抗压降不大，也可忽略。这样图1可以简化成下图图2所示：图2 线性化的同步发电机自并励励磁系统传递函数框图2.3.2 稳定性分析分析励磁自动控制系统的稳定性可以使用古典控制理论和现代控制理论介绍的方法。本课设采用劳斯判据判定图2系统分析稳定性的方法。用劳斯判据判定系统稳定性时，首先求出系统的特性方程，然后根据特性方程列出劳斯表。如果表中第一列元素的值都是正的，则系统是稳定的否则就是
7、不稳定。对于图2所示系统，闭环传递函数由1(1+T2S）和它右边的闭环组成。由于1(1+T2S）构成系统的个固定闭环极点，共值为1T2，且在复数平面的左半侧，所以只要1(1+T2S）右边的闭环系统是稳定的，系统就是稳定的。这样，判断图2所示系统的稳定性只要判断1(1+T2S）右边的闭环系统(以下称小闭环)是否稳定就可以了。小闭环的前向传递函数G(S)、反馈传递函数H(S)和闭环传递函数小GB(S)分别为G(S)= H(S)= GB(S)= 由上式可知，小闭环的特征方程为：TiS（1+ TaS）（）（1+ TiS）+ =0将己知数据T10.0242S TA0.001s，10.42s代人上式，得：
8、0252210-3 TiS4十02626 TiS3十104452 TiS2十(1+KP*) TiS+ KP*=0（式1）本系统的积分时间常数TI和动态放大系数KP*是可以整定的。TI的可整定值为I s、2s、3s、4s、5S 。KP的可整定值为10、20、30、40、50和100。判定系统是否稳定应计算出对应于不向的TI保证系统稳定时KP*的允许范围。下面以TI1s为例说明用劳斯判据判定系统稳定性的方法。将TIls代人式(1)得 0252210-3 S4十02626 S3十104452 S2十(1+KP*) S+ KP*=0根据上式列出劳斯表如下：S4 0.252*10 10.4452 KP*
9、S3 0.2626 1+ KP* 0 S2 0.2626 KP* /0.2626 0S1 0S0 KP* 0 根据劳斯判据，劳斯表中第一列元素的值为正时系统是稳定的，这样得出下列三式同时成立时本系统是稳定的： 10.4442-0.001 KP* 0 10.4441+10.180.6 KP* -0.001 K2P* 0KP* 0所以KP* 10444K2P*-10181 KP* -104440KP* -1综上所述计算结果0 KP* 10182时,对于TI=1,本系统是稳定的.比照TI=1时的计算,可以求出TI为其它时保证系统稳定的KP* 允许范围.2.3.3稳态误差分析由自动控制理论知,闭环自动
10、控制系统是稳定误码率差用下式表式:式中R(S)-系统的输入函数对应于本系统,分析误码率差时输入函数取单位阶跃函数R(S)=1/S将其代入上式中得所以本励磁自动控制系统为无差调节系统.误差为0主要是由积分单元决定的.2.3.4根轨迹分析图闭环函数为本课设中积分时间常数Ti有五个可整定值,所以可以做出五张根轨迹图,根据这五张图可求出Ti不同时的系统动态指标,找到课设中理想的Ti作为本系统实际的整定值1)求系统的开环极点和开环零点由上式得出系统开环零点得出系统开环极点2)求渐近线与实轴的交点和与实轴的夹角PI 和ZJ的值代入上式得3)求实轴上的根轨迹若实轴上的某一区域右边开环实数零点和极点个数之和为
11、奇数,则该区域必是根轨迹4)根轨迹的分离点分离点的坐标d是下列方程的解将本系统已知数据代入上式得:用试控法求得分离点 d1=-0.05 d2=-1.95d3=-245)求根轨迹与虚轴的交点闭环特征方程中,S=jw时的w即是根轨迹同虚轴的交点将S=jw代入式中得实部方程为:虚部方程为:求解以上两式得 是根轨迹虚轴交点.根据上式结果得,作出本系统的根轨迹如下图图3所示:图3 根轨迹图第三章:课程设计总结:这次实习给我的最大感受就是自己的知识太贫乏。拿到这个题目后却不知道如何下手了。平时学的知识都很零碎的存在脑袋里。用的时候去不能系统的组织起来。所以课设费了很大的劲。 刚开始对计算方法不很懂，以及许
12、多参数,每一步都不好走。不过通过这段时间学习，我理解了电力系统的中发电机励磁自动控制系统的稳定性分析。终于把它给弄明白了。通过这次课程设计让我学会了查资料。以前都没怎么进图书馆。开始课设时,为了弄明白这个课设怎么做,不得不在图书馆翻一本又一本的厚厚的书。还有为了看论文的格式而浏览了很多的网页。真的快达到废寝忘食的地步了。课设让我明白了平常都是眼高手低。很多东西决的自己会,其实知道的只是一些皮毛。我想学任何东西都是要深入进去的,而不是只学到表面的。我对自己的专业知识也有了一个更深一层的认识,我知道还有很多东西需要自己去努力,认真的学习。参考文献1 电力系统自动化 商国才 天津：天津大学出版社 19992 电力系统自动化 孙荧 北京：中国电力出版社 20043 电力系统分析 夏道止 北京：中国电力出版社 20044 电力系统分析理论 刘天琪 丘晓燕 编著 北京：科学出版社 20055 电力系统分析 纪建伟 主编 中国水利水电出版社 北京：20029
