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1、南昌工程学院水电站自动化课程设计说明书题 目基于LabVIEW水轮机调速器运行仿真系统的设计课程名称水电厂自动化系院机械与电气工程学院专业热能与动力工程班级二班学 生 姓 名*学号*设计地点机电楼A305指导教师曾宇露设计起止时间：2015 年12月21日 至 2016 年1月4日目录一、需求分析 3二、系统总体设计 3三、LabVIEW软件介绍与基本图标3四、系统详细设计 4五、结束语 10六、参考文献 10七、指导教师评阅 11一、需求分析基于 LabVIEW 水轮机调速器运行仿真系统的设计二、系统总体设计水轮机调速器的基本任务是根据负荷的变化不断的调节水轮机发电机组的有功功率输 出，并维
2、持机组转速（频率）规定的范围内，这就需要依靠调速器来进行。调速器系统由调 节器和调节对象两部分组成，调节器又分为机械调速器，电气调速器，微机调速器。主要使 用的是微机调速器，微机调速器按结构又可以分为中间接力器调速器和辅助接力器型调速器 以及调节器型调节器。按照控制策略不同其分为PI （比例+积分）调节型，和PID （比例+积 分+微分）调节型以及智能控制型，按照执行结构的数目不同，调速器可分为单调节器型调速 器和双调节器型调速器。在此次设计中，我采用的是并联PID调节，调速器型调节器单调节 模式。微机调速器系统主要是由PID（PI）调节器+电液随动系统+机组（水轮机，发电机机组） 三部分组成
3、的。而我们所研究的主要是微机调速器。由于其PID调节模式不同和输入的数据 不同，从而产生了三大调节模式（频率调节模式，开度调节模式，功率调节模式）。三、LabVIEW软件介绍与基本图标1. 软件介绍LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替 文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定 程序执行顺序，而 LabVIEW 则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了 VI 及函数的执行顺序。 VI 指虚拟仪器，是 LabVIEW 的程序模块。LabVIEW
4、 提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建 用户界面。用户界面在 LabVIEW 中被称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板 上的对象进行控制。LabVIEW包含了多种多样的数学运算函数，特别适合进行模拟、仿真、原型设计等工作。 在设计机电设备之前，可以先在计算机上用LabVIEW搭建仿真原型，验证设计的合理性，找 到潜在的问题。2. 仿真系统常用图标須牛禁用结构STOP停WhileWEF四、系统详细设计1. 通过对调速器系统的组成模块进行分析，求出其传递函数，仿真相应的调节模块，并 仿真其不同的调节模式下的系统模块。电液随动系统的数学模型：U电渝Yt)
5、询歛电瓶鮒藏魁图 4.1.1 电液随动系统模型1）频率给定调节模式：图 4.1.2 调速器模块与电液随动系统模块与机组模块2）开度给定调节模式：图 4.1.3 开度调节模块与电液随动系统模块与机组模块3）功率调节模式：图 4.1.4 功率给定调速器调节模块与电液随动系统模块与机组模块0.8%0.18s5%50000h0.02%0.15%0 10%4556HZ01.0%0120%0.5200.0510(1/S)05(S)2. 基于上进行模拟仿真，制作出调速器运行的参数界面和程序虚拟仪器(VI)是基于计算机技术而发展起来的仪器测量技术，是计算机技术和仪器技 术密切结合的产物，是将来仪器发展的一个重
6、要方向，计算机和仪器的结合方式方式主要有 两种，一种是将计算机装入仪器，比较典型的例子是智能化仪器【13】。因此这类的仪器的功能 逐渐强大起来，实现各种仪器功能主要是以通用的计算机软件和操作系统为依托，随着计算 机功能的日益强大及体积的缩小，还有一种是将仪器系统装入计算机内，常说的虚拟仪器主 要是指这种方式，LabVIEW就是这样子的软件。三大调节模式的利用LabVIEW的来实现。3、主要设计参数及技术指标(1) .主要技术指标随动系统不准确度ia接力器不动时间Tq静态特性曲线线性度误差8平均故障间隔时间转速死区 ix 自动空载三分钟转速摆动相对值(2) .主要调节参数整定范围 永态转差系数b
7、p频率给定范围fc频率人工死区Af功率给定范围 PG比例系数kp积分系数 KI微分系数KD4. LabVIEW的程序图4.1频率调节模式(FM)的LabVIEW的程序图文件(F)務(E)查看(V)项目(P)揍作Q) TM(T) D(W)嵇助(H)RS49.0 仲rI49g).02:ojagolFM.vi程序框图jaooE+iIO.OOETO.QOE+ITyi.51,51)50005,kiyc=(kd*s*s+kp*s + ki i(s+bp*(kd*s*s+kp*s+la)=1/(Tyb*Ty*s*s| fs=ey*(1 -e*Tw*s)/(1 +eqh*Tw*s)* (1/(en+Ta*s)
8、Ys+1;杭顾率0.02-|O.O2|频率凋节模式拯出HH|伸00|包停止Hflnl图 4.4.1 频率调节模式 LabVIEW 程序框图此为频率调节整个模块，输入为频率给定，输出为机组频率。对于其传递函数的编写采用 LabVIEW 中的公式节点结构输入。对于那些参数是给定的数值，在这里我都将其作为输入显示，以方便在前面板进行参数的修改。图 4.4.2 频率调节模式 LabVIEW 前面板图4.2开度调节模式(YM)的LabVIEW的程序图开度调节vi程序框图?HI：:心0：开度给走怖模J/L(ffl0.02Icp2*|DECT唏逼画nn龙医切苛n文件(F)精(E)査看(V)项目(P)揍作(O
9、) TMCD D(W)齬助(H)Tyb2 Ty2ioo|io.ooE4-orey2 e2 Tw2 eqh2 en2ILOOhl丄匹1匹_0史停止珈cyH时间点数For循环开度际fs=ey*(1 -e*Tw*s)/(1 +eqhTw*s); (1/(en+Ta*s)*Ys+1;Ys=1/(Tyb*Ty*s*s+Ty*s+1)*yc; |,jo,Q；1forS yc=(bp*ki4-bpkp*s)/ 兰M (s-(bp*ki+bp*kp*s)*cy; 迪；图 4.4.3 开度调节模式 LabVIEW 程序框图与前面的频率调节模式编写的方法相同，只是其中的传递函数不同。4.3功率调节模式(PM)的L
10、abVIEW的程序图m1100*IO.OOE + C LC.2C2.0010.00y.ooE+ory2ofki10.05测.513-Yc=1/(Tyb*Ty*s*s+Ty*s+1)*yc;toolfcotTw3 eqh3 en3 Ta3-.CC 15.C0 阿iLJI1.C015.00PM.vi程序框图文件(F)扁辑(E)查看(V)项目(P)揍作(O) TMCD D(W)帮助(H)医切苛，gooE+o功至航模式拢已-0.0513.94功率凋节模式rTOfsWcI fs=ey*(1 -e*Tw*s)/(1 +eqh*Tw*s); I (1/en 十Ta*s)*Yc;yc=b p*(ki+kp*s
11、)/s*cp;M簣止3Hi图 4.4.5 功率调节模式 LabVIEW 程序框图五、结束语利用 Labview 软件对水轮机调节系统进行仿真,可以对它的静态和动态特性进行经济、方 便、直观、迅速的研究,许多在现场无法进行或不宜多次重复进行的试验,都可以利用模型对 其仿真。但是,水轮机调节系统是一个复杂的、非线性的、非最小相位系统,加之在建立数学 模型的过程中,不可避免的忽略一些次要因素和对模型进行简化,要想用仿真准确地反映水轮 机调节系统的实际过程并得到定量的结论,是十分困难的。我们只能从定性的、比较的意义上, 对其进行仿真,为实际工作提供定性分析及决策支持 ,但是有其局限性,不要根据其结果就轻 易下结论,而且一定要采取理论与实际相结合的科研方法,在工程实际中加以验证。六、参考文献1 程远楚 张江滨著，水轮机自动调节，中国水利水电出版社，2010 年 2 月第一版七、指导教师评阅（手写）成绩（百分制）：
