同步电机模型的MATLAB仿真_开题报告

（一）概述

1.同步电机历来是以转速与电源频率严格保持同步而著称的，只要电源频率保持恒定，同步电动机的转速就绝对不变。小到电钟和记录仪表的定时旋转机构，大到大型同步电动机直流发电机组，无不利器转速恒定的特点。除此之外，同步电动机还有一个突出的优点，就是可以控制励磁来调节它的功率因数，可使功率因数高到1.0甚至超前。在一个工厂中只需要少数几台大容量恒转速的设备（例如水泵、空气压缩机等）采用同步电动机，就足以改善全厂的功率因数。由于同步电动机起动费事、重载有振荡以至于失步的危险，因此除了上述要求以外，一般的工业设备很少应用。

  自从电力电子变频技术蓬勃发展以后，情况就完全改变了。采用电压频率协调控制后，同步电动机便和同步电动机一样成了调速电机大家庭一员。原来阻碍同步电动机广泛应用的问题已经得到解决。例如起动问题，既然频率可以由低调到高，转速也就逐渐升高，不需要任何其他起动措施，甚至有些容量达数万千瓦的大型高速拖动电机，还专门配上变频装置作为软起动设备。再如失步问题，其起因本来就是由于旋转磁场的同步转速固定不变，电机转子可以跟着改变，失步问题自然也就不存在了。

  所以，同步电机的应用已日趋广泛，同步电机将在今后的电机系统研究中占有重要的地位。

系统是由客观世界中实体与实体间的相互作用和相互依赖关系构成的具有某种特定功能的有机整体。系统的分类方法是多种多样的，习惯上依照其应用范围可以将系统分为工程系统和非工程系统。

      工程系统的含义是指由相互关联部件组成的一个整体，以实现特定的目的。例如电机驱动自动控制系统是由执行部件、功率转换部件、检测部件所组成，用它来完成电机的转速、位置和其他参数控制的某个特定目标。

      非工程系统的定义范围很广，大至宇宙，小至原子，只要存在着相互关联、相互制约的关系，形成一个整体，实现某种目的的均可以认为是系统。

      如果想定量地研究系统地行为，可以将其本身的特性及内部的相互关系抽象出来，构造出系统的模型。系统的模型分为物理模型和数学模型。由于计算机技术的迅速发展和广泛应用，数学模型的应用越来越普遍。

      系统的数学模型是描述系统动态特性的数学表达式，用来表示系统运动过程中的各个量的关系，是分析、设计系统的依据。从它所描述系统的运动性质和数学工具来分，又可以分为连续系统、离散时间系统、离散事件系统、混杂系统等。还可以分为线性、非线性、定常、时变、集中参数、分布参数、确定性、随机等子类。

      系统仿真是根据被研究的真实系统的数学模型研究系统性能的一门学科，现在尤指利用计算机去研究数学模型行为的方法。计算机仿真的基本内容包括系统、模型、算法、计算机程序设计与仿真结果显示、分析与验证等环节。

    3.MATLAB是国际上仿真领域最权威、最实用的计算机工具。它是MATHWORK公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化数学软件，被誉为“巨人肩上的工具”。

 MATLAB是一种应用于计算技术的高性能语言。它将计算，可视化和编程结合在一个易于使用的环境中，此而将问题解决方案表示成我们所熟悉的数学符号，其典型的使用包括:

.数学计算

.运算法则的推导

.模型仿真和还原

.数据分析，采集及可视化

.科技和工程制图

.开发软件，包括图形用户界面的建立

 MATLAB是一个交互式系统，它的基本数据元素是矩阵，且不需要指定大小。通过它可以解决很多技术计算问题，尤其是带有矩阵和矢量公式推导的问题，有时还能写入非交互式语言如C和FORTRAN等。

 MATLAB的名字象征着矩阵库。它最初被开发出来是为了方便访问由LINPACK和EISPAK开发的矩阵软件，其代表着艺术级的矩阵计算软件。

MATLAB在拥有很多用户的同时经历了许多年的发展时期。在大学环境中，它作为介绍性的教育工具，以及在进阶课程中应用于数学，工程和科学。在工业上它是用于高生产力研究，开发，分析的工具之一。

 MATLAB的一系列的特殊应用解决方案称为工具箱（toolboxes）。作为用户不可缺少的工具箱，它可以使你学习和使用专门技术。工具箱包含着M-file集，它使MATLAB可延展至解决特殊类的问题。在工具箱的范围内可以解决单个过程，控制系统，神经网络，模糊逻辑，小波，仿真及其他很多问题。

经过几十年的完善和扩充，它已发展成线形代数课程的标准工具。在美国，MATLAB是大学生和研究生必修的课程之一。美国许多大学的实验室都安装有MATLAB，供学习和研究之用。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。其包含的SIMULINK是用于在MATLAB下建立系统框图和仿真环境的组件，其包含有大量的模块集，可以很方便的调取各种模块来搭建所构想的试验平台，同时SIMULINK还提供时域和频域分析工具，能够直接绘制系统的Bode图和NYQUSIT图。

   MATLAB系统可分为五个部分:

       MATLAB语言：这是一种高级矩阵语言，其有着控制流程状态，功能，据

结构，输入输出及面向对象编程的特性。它既有“小型编程”的功能，快速建小

型可弃程序，又有“大型编程”的功能，开发一个完整的大型复杂应用程序。

       MATLAB的工作环境：这是一套工具和设备方便用户和编程者使用MATLAB。

包含有在你的工作空间进行管理变量及输入和采集数据的设备。同时也有开发，

管理，调试，( profiling  M-files， MATLAB’s applications。)的系列工具。

图形操作。  这是MATLAB的图形系统。它包含有系列高级命令，其内容包括

二维及三维数据可视化，图形处理，动画制作，表现图形。同时它也提供低级命

令便于用户完全定制图形界面并在你的MATLAB软件中建立完整的用户图形界

面。

       MATLAB数据功能库：它拥有庞大的数学运算法则的集合，包含有基本加，

正弦，余弦功能到复杂的求逆矩阵及求矩阵的特征值， Bessel功能和快速傅立

叶变换。

       MATLAB应用程序编程界面：这是一个允许你在MATLAB界面下编写C和

FORTRAN程序的库。它方便从MATLAB中调用例程(即动态链接)，使MATLAB

成为一个计算器，用于读写MAT-files。

应用现状

       MATLAB在传感器技术中的应用现状和发展趋势：静态标定是传感器技术中一个非常重要的环节。MATLAB实现了对传感器的静态标定，以PTLO热敏电阻为例，利用恒温水溶箱多次采集传感器加载卸载温度值，着重测量20℃～40℃每一分度的电阻值。其次，整理数据，利用MATLAB实现对温度传感器的静态标定。即通过这个实例证实了算法的有效性。

MATLAB在网络与通信技术中的应用现状和发展趋势：近年来，通信仿真技术越来越广泛地应用于通信系统的分析与设计。在信号与系统，通信原理，数字信号处理等课程的实验教学中使用了MATLAB语言，我们将会在这些课程中学会使用MATLAB这个功能强大的仿真软件，可以帮助我们更好地综合理解这几门主干课程的内容，发挥自己的创造性和主观能动性，在MATLAB的帮助下，我们的创新思维能够得到更多的启发，能够很快学会借助于仿真技术来分析设计通信系统。 

利用MATLAB中模块化的图形仿真软件SIMULINK可以很方便的对各种通信系统进行仿真与分析.在进入SIMULINK仿真环境后不需要书写代码，只需使用鼠标拖动库中的功能模块并将它们连接起来，按照实验要求修改各模块的参数 通过仿真环境建立通信系统模型，可使一些枯燥的电路变得有趣味，动态的通信系统更加形象直观 通过仿真可清晰直观地观察系统的输出对应不同的条件。只要对模块的参数稍作修改即可，不需要再重新构建仿真模型图。 结果分析表明，用MATLAB仿真的方法与传统的硬件实验相比较其仿真结果的可信度高，不受空间，时间和物质条件的限制。相信MATLAB在此技术上会发展的越来越快。

       MATLAB在自动控制原理及系统中的应用现状和发展趋势：MATLAB在控制系统仿真中具有的重要作用。利用MATLAB提供的模块及简单命令可以方便、快速的对自动控制系统的设计对象进行各种参数计算，及仿真控制系统的响应曲线。MATLAB包含了进行控制系统分析与设计所必须的 工具箱函数，控制系统工具箱的内容几乎包含了经典控制理论和现代控制理论的主要内容，其中包括的函数有：模型建立，模型交换，模型简化，模型实现，模型特性，方程求解，时域响应，频域响应，根轨迹等。    

       自动控制技术已广泛应用于工业、农业、交通运输、航空航天等多个领域，极大的提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动条件，丰富与提高了人们的生活水平。在当今的社会生活中，自动化装置无处不在，为人类文明的进步做出了重要的贡献。 

       由于MATLAB的使用极其容易，不要求使用者具备高深的数学与程序语言的知识，不需要使用者深刻了解算法与编程技巧，且提供了丰富的矩阵处理功能，所以受到了广大学生和科研工作者的青睐。使用MATLAB对控制系统进行计算机仿真的主要方法是：以控制系统的传递函数为基础，使用MATLAB的SIMULINK工具箱对其进行计算机仿真研究。  

为了保证生产设备的安全经济运行，在设计自动控制系统时，必须给出明确的系统性能指标，即控制系统的稳定性、准确性和快速性指标。通常用这三项技术指标来综合评价一个系统的控制水平。对于一个稳定的控制系统，定量衡量性能的好坏有以下几个性能指标：（1）峰值时间tp；（2）调节时间ts；（3）上升时间tr；（4）超调量Mp%。  

二、^范文提纲

1．引言

1.1引言

1.2同步电机概述

1.3系统仿真技术概述

1.4仿真软件的发展状况和应用

1.5MATLAB概述

1.6SIMULINK概述

1.7小结

2同步电机基本原理

2.1理想同步电机

2.2ABC/DQ模型的建立

3.仿真系统整体设计

3.1系统对象

3.2系统分块

3.3控制反馈环节

4.仿真系统详细设计

4.1总体设计

4.2具体设计

4.3控制反馈环节

5.系统仿真运行

5.1输出结果稳定情况

5.2小结

6.结论

三、参考文献

[1]陈伯石. 电力拖动自动控制系统[M]（第2版）. 北京：机械工业出版社， 2000。

[2]薛定宇，陈阳泉. 系统仿真技术与应用[M].    北京：清华大学出版社， 2002。

[3]任兴权. 控制系统仿真与计算机辅助设计[M]. 沈阳：东北大学出版社， 1986。

[4]陈衍. 同步电机运行基本理论与计算机算法[M]. 北京：水力电子出版社，1992。   

[5]李发海，王岩. 电机与拖动基础[M]（第2版）.  北京：清华大学出版社，1994。

[6]Mohand mokhtari and Michel Marie.  Matlab与Simulink工程应用[M]. 北京：电子工业出版社，2002。

[7]李海涛，邓樱.  Matlab6.1基础与应用技巧[M]. 北京：国防工业出版社，2002。

[8]李光琦．电力系统暂态分析[M].  北京：中国电力出版社．1995

[9]于永源，杨绮雯.  电力系统分析[M]. 北京：中国电力出版社.2007

[10]胡虔生，胡敏强，杜炎森合编．电机学[M]. 北京：中国电力出版社．2001