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1、毕 业 设 计(论文)院 系 电力工程系专业班级 电自 023 班学生姓名 指导教师 年六月题 目 线性最优励磁控制器设计华北电力大学毕业设计(论文)评定表学生姓名 专业及班级毕业设计 (论文 )题目指导教师评语建议成绩 指导教师签字 年 月 日评阅人意见评阅人签字 年 月 日姓 名 职 称 单 位答辩小组成员签字答辩小组评语 组长签字 年 月 日答辩委员会结论总评成绩:答辩委员会主任签字 年 月 日毕业设计(论文) 起止时间： 年 月 日至 月 日毕业设计(论文) 答辩时间： 年 月 日华 北 电 力 大 学毕业设计 (论文)任务书所在院系 电力工程系 专业班号 电自 023 学生姓名 指导
2、教师签名 审批人签字 毕业设计(论文) 题目 线性最优励磁控制器设计 年 月 日一、毕业设计(论文) 主要内容1. 掌握励磁控制的原理和方法；2. 掌握 Matlab 语言程序设计的方法和仿真软件的使用方法；3. 掌握线性最优控制理论；4. 设计线性最优励磁控制器；5. 编制相应程序；6. 给出仿真结果；7. 撰写论文。二、基本要求1. 学习、掌握线性最优控制相关理论；2. 掌握励磁控制的原理和方法；3. 掌握 Matlab 语言程序设计方法和仿真软件使用；4. 完成论文。三、设计(论文) 进度序号 设计项目名称 完成时间 备注1 查阅资料 第 8 周2 撰写开题报告 第 9 周3 总体方案设
3、计 第 10-11 周4 编程、调试 第 12-15 周5 撰写论文与准备答辩 第 16-18 周6设计(论文)完成时间： 2006 年 6 月 23 日设计(论文)答辩时间： 2006 年 月 日四、参考资料及文献1 商国才.电力系统自动化.天津大学出版社,19992 卢强,王仲鸿,韩英铎.输电系统最优控制.科学出版社,1982.103 姜玉宪等.控制系统仿真.北航出版社,19984 欧阳黎明.MATLAB 控制系统设计.国防工业出版社,20015 商国才.发电机励磁控制系统数字仿真.华电教材科,19896 熊光楞等.控制系统仿真与模型处理.科学出版社,19937 韩璞,朱希彦.自动控制系统
4、数学仿真.中国电力出版社,19968 黄道平.MATLAB 与控制系统的数学仿真及 CAD.化学工业出版社,20049 欧阳黎明.MATLAB 程序设计与应用.高等教育出版社,200210 陈在平.控制系统计算机仿真与 CAD MATLAB 语言应用.天津大学出版社,200111 吴天明.MATLAB 电力系统设计与分析.国防工业出版社,2004五、附录华北电力大学本科毕业设计（论文）线性最优励磁控制器设计摘要同步发电机励磁系统的研究对提高电力系统的电压质量和经济运行具有重要的理论意义和现实意义。本文以线性最优励磁控制器的设计为主线。首先综述了同步发电机励磁系统控制方式的发展过程，接着介绍了最
5、优控制理论，尤其是线性最优控制理论这一分支，随后介绍控制系统最优控制规律的海米尔登庞特亚金方程的推导过程，在此基础上进一步推导出线性定常系统在采用二次型性能指标情况下的最优化条件，进而得出最优控制系统的设计方法和步骤。然后建立单机无穷大系统数学模型，按照前述的设计方法得到最优反馈增益，以最优控制理论为基础，以机端电压、发电机的有功功率和机端频率为状态量，以机组励磁电压为控制量，搭建线性最优励磁控制器（LOEC） ，并在SIMULINK 下将其用于单机无穷大系统进行仿真实验。仿真结果表明，该励磁控制器满足同步发电机和电力系统的运行要求。关键词：励磁控制，线性最优控制，发电机，状态空间方程，SIM
6、ULINK 华北电力大学本科毕业设计（论文）Linear Optimal Excitation Controller DesignABSTRACTThe research about excitation system of electric generator has very important theoretic and realistic meaning to improve the voltage quality and economical running level. This thesis focuses on the design of the linear optimal
7、excitation controller. First, the development process of synchronization generator excitation control manner is summarized, and then the basic idea of optimal control, especially linear optimal control is introduced. The H-P equation which determined the law of normal closed control system is also p
8、resented. Based on the theory introduced before, the optimal condition is given, with LQ index for linear time-invariant control system. Then the means and steps to design linear optimal controller is developed.After that a state-space equation model of one machine-infinite bus system is set up. By
9、the means introduced before, based on the optimal control theory, a linear optimal excitation controller is designed; it takes active power output, generator terminal voltage and frequency as state variables and the excitation voltage as control variable. Its used to one machine-infinite bus system
10、carry on the simulation experiment under SIMULINK. The results obtained from the emulation show that the excitation controller meets the running needs of the synchronous generators and power system.Keywords: excitation controller, linear optimal control, generator, state-space equation, SIMULINK.华北电
11、力大学本科毕业设计（论文）目 录摘要IABSTRACTII1诸论111 励磁系统概述1111 同步发电机励磁系统的任务1112 对励磁系统的基本要求212 最优控制的发展与研究现状2121 最优控制理论的基本思想与常用方法3122 最优控制理论的基本内容3123 最优控制理论的研究现状313 励磁控制理论及其发展4131 古典励磁控制阶段4132 线性多变量励磁控制阶段5133 非线性多变量励磁控制阶段5134 励磁控制方式的发展方向52最优控制理论721 引言722 二次型性能指标723 最优化原理汉密尔顿庞特亚金方程824 线性最优控制系统设计原理93线性最优励磁控制器的设计1331 引言
12、1332 系统数学模型1333 在 MATLAB 环境下计算最优反馈增益 154线性最优励磁控制器的仿真实现1741 SIMULINK 仿真环境介绍1742 线性最优最优控制器的模型1743 单机无穷大系统的仿真模型1844 仿真结果分析19总结20致谢21参考文献22附录 A23附录 B29华北电力大学本科毕业设计（论文）11绪论11 励磁系统概述同步发电机的运行特性与它的空载电动势密切相关 1，而空载电动势又是发电机励磁电流的函数，改变励磁电流就可影响同步发电机在电力系统中的运行特性，进而影响电力系统的运行情况。励磁系统是电力系统的重要组成部分，其性能的好坏和运行的可靠性，直接影响同步发电机系统的供电质量及其运行的可靠性和稳定性。因此，对同步发电机的励磁进行控制，是对发电机运行施加控制的重要内容之一。电力系统在正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响电网的电压水平和并列运行机组间无功功率的分配。在某些故障情况下，发电机电压降低将导致电力系统稳定水平下降，甚至导致系统崩溃。因此，当系统发生故障时，要求发电机的励磁系统迅速增大励磁电流，以维持电网的电压水平及稳定性。可见，同步发电机励磁的自动控制在保证电力系统的安全稳定运行方面起着十分重要的作用。发电机励磁
