电力拖动系统稳定性仿真分析.docx

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电力拖动系统稳定性仿真分析

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张彦南王旭

【摘要】为设计出能够实现稳定的电力拖动系统。结合某一个设计案例,建立了系统的数学模型,在设定阶跃信号输入后,进行稳定性仿真。通过调整增益值,得到了良好的系统动态特性,为后续电力系统的优化,奠定了基础。

【关键词】电力拖动系统;稳定性;增益值

StabilitySimulationZnalysisofElectricDriveSystem

ZHANGYan-nan1,2WANGXu3

(1.SichuanUniversity,ChengduSichuan610065,China;

2.DazhouMunicipalDevelopmentandReformCommission,DazhouSichuan635000,China;

3.ChengducollegeofuniversityofElectronicScienceAndTechnologyofChina,ChengduSichuan611731,China)

【Abstract】Designedtoachieveastableelectricdrivesystem.Combinedwithadesigncase,themathematicalmodelofthesystemisestablished,andthestabilitysimulationiscarriedoutaftertheinputofthestepsignal.Byadjustingthegainvalue,gooddynamiccharacteristicsofthesystemareobtained,whichlaysthefoundationfortheoptimizationofthepowersystem.

【Keywords】Electricdrivesystem;Stability;Gainvalue

电力拖动系统[1],是集电机能量转换、生产机械运转于一体的有机整体。随着电机拖动技术的飞速发展,实现系统的自动控制,已经成为了趋势。如此一来,系统的控制效果、动态性能以及稳定性等指标优良与否,是设计中必须考虑的问题。因此,当系统完成设计后,对其动态性能和稳定性进行仿真,能够有效预判系统的整体性能,并根据情况,优化增益值,保证系统的性能优越。综上所述,本文结合一个电力拖动系统的案例,建立了系统的数学计算模型,并完成仿真。最后,获得了系统的动态运行规律,再改变参数,让该系统的性能参数,达到了良好的指标。

1系统结构分析

在电力拖动系统数学模型建立之前,首先要做的就是进行结构分析。以明确数学模型的具体模块。从电机启动到稳定运行,一般会经历两个阶段:(1)系统振荡阶段;(2)稳态稳定运行阶段。通常情况下,稳定运行的系统,不会出现太大的问题。而振荡频繁的动态阶段,则是表征其性能的关键。因此,仿真过程,仅需针对动态特性即可。从系统的自动控制元件来看,主要包括:给定元件、信号元件、反馈元件等,部分元件为:

(1)三相电源,频率为50Hz;

(2)阻抗;

(3)串联电容器;

(4)并联电抗器。

2数学模型的建立

以上述自动控制元件为根据,可以建立该系统的数学模型,具体分为以下几个步骤:

(1)确定数学模型各环节模块[2]。即新建Simulink的模型窗口,按照系统元件和给定的输入信号、传递函数等,将全部组件拖入界面中。

(2)联接系统的相邻模块。利用系统各个部件之间的信号传递先后顺序,用“→”连接相邻模块,直至组合成系统整体。

(3)设置系统参数。各个环节确定后,通过计算微分方程,确定每个模块的传递函数、空间状态函数等。然后,将函数经过拉式变换,获得的方程式各项增益,就是各模块需要设置的参数。

由于系统运行时,外界存在扰动因素。因此,为确保控制精度,系统采取的结构为闭环结构。电力拖动系统的数学模型,如图1所示。

3系统动态性能仿真

对于系统的动态性能仿真中,选取最不利条件进行计算,可以获得系统最严峻的动态性能,若该性能满足要求,则其余条件下,系统性能亦满足要求。所以,控制系统的输入信号确定为单位阶跃输入。

由于通过微分方程、状态空间函数的计算,系统大部分的增益值已是定值,故不存在调节的可能性。此外,系统由于并不存在缺项等问题,故也未选择PI控制器来调整性能。由图1可知,确定系统性能的可调参数,仅有K值。首先,根据经验,取一个较大的K值进行计算[3]:K=4。该参数下的仿真结果,如图2所示。

图2K=4仿真结果

如图2所示,系统在阶跃信

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