电网频率一次调节

上海电力学院课程设计报告

课名：控制原理应用实践

题目：倒立摆控制装置

院系：电自学院信控系

专业：自动化（电站方向）

班级：2010034

姓名：朱从政

学号：20101576

时间：

上海电力学院

课程设计（大型作业）任务书

（2012 /2013学年第1学期）

课题名称控制原理应用实践

院（系）电自学院信控系

专业自动化（电站方向）

班级2010034

学生20101576

时间2012-1-9

老师签名：

教研室主任（系主任）签名：

一、设计目的

本课程设计是《自动控制原理》课程的具体应用和实践，是自动化、测控技术与仪器专

业的专业基础课知识的综合应用，其重点在于将理论知识应用于一个具体的控制系统。通过控制对象特性研究、控制规律选择、控制系统设计、控制系统仿真试验、控制参数整定、控制方法改进和控制效果分析等活动，加强对控制理论的理解，锻炼控制理论实践能力，学会控制工程师的基本技能。

二、设计内容、要求及组织形式

本课程设计的主要内容有：控制对象特性研究、控制规律选择、控制系统设计、控制系统仿真试验、控制参数整定、控制方法改进、控制效果分析

本课程设计的基本要求：

1、了解控制系统的基本概念，初步具备设计控制系统的能力；

2、掌握基本控制规律的应用方法和步骤；

3、掌握基本控制参数的整定方法和步骤；

4、具备分析控制品质的能力和初步改进控制方案的经验。

本课程设计的组织形式：分组进行，每组人数不超过6人。每组人员合作进行控制对象特性研究、控制规律选择、控制系统设计、控制系统仿真试验，但独立进行控制参数整定、控制方法改进、控制效果分析。实践报告独立撰写，答辩也分别按每个人进行。

三、设计进度安排（时间及地点）

天工作内容地点检查

1 开题集中指导及控制对象特性研究和

控制规律选择

教室、机房选题和分组

2 控制系统设计、编程和仿真试验机房、教室设计方案

3 控制参数整定、控制方法改进机房、教室实验操作

4 控制效果分析和实践报告撰写教室报告撰写

5 汇报与答辩教室综合

四、考核形式及成绩评定办法

1．考核方法：考勤、设计方案与实验操作检查、报告撰写评阅、汇报与答辩。

2．成绩评定：考勤10%、、设计方案与实验操作检查20%、报告撰写评阅30%、答辩40%。

一、设计背景：

倒立摆控制装置被公认是自动控制理论中的典型教学实验设备，也是控制理

ω

∆)(s L ∆0

v ∆论应用的一种典型演示物理模型。通过对它的实验研究可以示范控制理论中的许多关键问题的解决方法，如非线性问题、鲁棒性问题、随动问题、镇定问题以及跟踪问题等。此外，多种控制理论与方法在倒立摆控制中应用得到的有效经验可推广应用到许多实际工程中，如机器人行走过程中的平衡控制、火箭发射中的垂直控制和微型飞行中的姿态控制等。所以倒立摆控制的应用实践是很有理论和实际意义的。

二、设计要求：

1、实际控制过程

一个孤立的电力网络的频率是可以通过汽轮机调速控制系统来调整的。这个调整被称为电网的一次调频。相对于一次调频，还有通过自动调整短期发电功率计划的二次调频和通过调整中期发电功率计划的三次调频。下图所示某电网频率一次调节系统的框图。其中，

为网内负荷扰动量；R 为稳态速度调节系数

（1.0≤R ）；J 是等效旋转惯量，J=4000；b=0.75，是摩擦系

数；是电网角频率偏差；速度偏差参考值。

题图 电网频率一次调节系统

2、控制设计要求

试用反馈控制器)(s G c ，在1.0≤R 前提下使系统的阻尼比6.0≥ζ。

三、设计内容：

1、设计理论： 方案一：根轨迹法设计

通过选择控制器的零点和极点来满足预定的系统性能要求。

j s n n n 536040201,67002

21±-=-±-==ωζζωω、即方案二：状态反馈法设计

将系统的状态变量乘以相应的反馈系数，然后反馈到输入端与参考输入叠加形成控制量，作为受控系统的输入，实现闭环系统的极点的任意配置。采用状态反馈不但可以实现闭环系统极点的任意配置，而且也是实现解耦和构成线性最优调节器的主要手段。

2、设计步骤： 计算系统对应传函：

75

.040002500250175.040001)()125.0(1)(,1)(,1)(232+++=

+⨯∆⨯+==∆=∆s s s s s L s s G s L s s o o ν设计要求：6.0,1.0≥≤ζR ，取R=0.1

095.0%%2

1≤⇒=--

σσζζπ

e

，假设系统调整时间：s t s 10=

6667,)02.0(4

)05.0(3

≥⇒⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=∆=∆=n n n s t ωζωζω ，取

方案一：根轨迹法

（1）在Simulink 中搭建原系统模型（图1），并得到系统加控制器前的响应曲线（图2）：

图1 原系统模型

图2 原系统响应曲线

（2）画出原系统根轨迹（图3），调整Gc使根轨迹改变，达到系统性能要求（图4）：

图3 原系统根轨迹

图4 控制器下的根轨迹

（3）根据根轨迹调整中Gc，在Simulink中搭建加控制器的系统模型（图5），得到系统响应曲线（图6）：

图5 加控制器的系统模型