数学建模优秀论文.doc
《数学建模优秀论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《数学建模优秀论文.doc(41页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、 编号 南京航空航天大学毕业设计题 目基于MATLAB的飞机发电机调压系统的数学建模学生姓名葛赣学 号030820535学 院自动化学院专 业电气工程与自动化班 级0308205指导教师马运东 副教授二一二年六月南京航空航天大学本科毕业设计(论文)诚信承诺书本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文)(题目: 基于MATLAB的飞机发电机调压系统的数学建模)是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知,除了毕业设计(论文)中特别加以标注引用的内容外,本毕业设计(论文)不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。作者签名: 年 月 日 (学号):基于MATLAB的飞机发电机调压系统的
2、数学建模摘 要本文在理论分析的基础上,利用MATLAB软件对飞机的电磁式无刷交流发电机调压系统进行了建模与仿真研究。首先根据电力系统的派克方程推导出电机的数学模型,并基于MATLAB的Simulink以及SimPowerSystem工具箱搭建出电机的核心模型,进而搭建出电磁式无刷交流发电机本体模型。其次根据调压器的原理搭建了调压电路的仿真模型。之后在此基础上构建出发电机调压系统的整体模型并进行仿真研究。并根据仿真所得结果对调压系统的性能进行了简要的分析。本文建立了完整的电磁式无刷交流发电机调压系统的仿真模型,并对调压系统的调压性能进行了仿真分析,为进一步研究发电机调压系统提供了有力的依据。关键
3、词:MATLAB、电磁式无刷交流发电机、调压系统、建模仿真Mathematical Modeling of Aircraft generator Voltage-regulating System based on MatlabAbstractThis paper has conducted the modeling and simulation research of Electrimagnetic Blushless AC Generator Voltage-regulating System using Matlab on the basis of theoretical analysi
4、s.First of all,this paper derives the mathematical model of the motor according to Park Equation and the core model of the motor is established by using the MATLAB7.0.1s Simulink and SimPowerSystem toolbox,then the body model of electromagnetic blushless AC generator is established.Secondly,the simu
5、lation model of the voltage regulator circuit is established according to the principle of the voltage regulator.After all,on these basis,the ovrall model of the generator is constructed and the simulation studies is finished.Then analysis the performance of the voltage regulation system briefly acc
6、ording to the simulation results.In this paper, a complete simulation model of electromagnetic blushless AC generator Voltage-regulating System has been given, and using it for simulation.And the performance of the voltage regulation system has been analysied, The model provides a powerful tool for
7、in-depth research in electromagnetic blushless AC generator Voltage-regulating System.Key Words: MATLAB、electromagnetic blushless AC generator、voltage regulation system、modeling、simulation目 录摘 要iAbstractii第一章 绪 论11.1 引言11.2 飞机电源系统发展历程11.3 课题的研究背景21.4 MATLAB仿真技术介绍41.5 课题研究的意义41.6 论文主要内容5第二章 电磁式无刷交流发电
8、机PSB建模62.1 无刷交流发电机的结构和原理62.2 同步电机的数学模型72.21 基本方程82.22 派克变换112.23 数学模型172.3 同步电机的Simulink模型182.4 同步电机的PSB模型202.5 电磁式无刷交流发电机的PSB模型222.6 本章小结23第三章 调压器建模243.1 调压器的作用及原理243.2 发电机调压器的设计与研究243.2.1 发电机调压控制模型243.2.2 励磁功率电路263.3 发电机调压系统的整体建模273.4 本章小结28第四章 系统仿真分析294.1 发电机开环仿真结果分析294.2 调压系统闭环仿真分析314.3 本章小结345.
9、1 本文工作小结355.2 进一步工作设想35参考文献36致 谢37第一章 绪 论1.1 引言人类自古以来就梦想着能像鸟一样在太空中飞翔。二十世纪最重大的发明之一,是飞机的诞生。1903年12月17日,莱特兄弟进行了人类历史上的首次有动力、可操纵持续飞行试验。20世纪20年代飞机开始载运乘客,60年代以来,世界上出现了一些大型运输机和超音速运输机,著名的有前苏联生产的安22、伊尔76;美国生产的C141、C5A、波音747;法国的空中客车等。百余年来,民用航空工业经历了多次变革,达到了如今以空中客车公司A380与波音公司B787等飞机为代表的高度现代化客机的水平。航空发动机产生推力、拉力或升力
10、使飞机飞行,是飞机的动力装置,称为飞机的一次能源设备。然而,航空航天器上的设备装置要完成其特定的功能,都需要一定的能量,而且所需的能量类型可能与一次能源直接提供的能量类型不同,因此飞机需要配备其他类型的能源,如电能,液压能,气压能等。飞机上的其他能源统称为二次能源。目前飞机上的辅助能源是电能、液压能和气压能三者并存,使飞机和发动机性能降低,系统复杂、重量大、费用高。对于飞机来说,由于用电能取代液压能和气压能后,可以减轻飞机的重量、提高飞机的可靠性和维修性、降低飞机的易损性以及降低飞机的寿命周期费用等,因此以电能取代液压能和气压能将是未来飞机的发展方向。近30年来,电工技术取得了突破性进展,新型
11、机电作动机构已经能够取代液压和气压作动机构。近年来,如波音公司B787等新型飞机已经使用了大量的电能作为二次能源,这也印证了机上电能具有广阔的应用前景。1.2 飞机电源系统发展历程由于电能易于输送、分配、变换和控制,绝大部分机载设备采用电能工作。我们把飞机上用来产生电能的设备组合(电源及其调节、控制和保护设备)称为飞机电源系统。目前国内外正在使用的飞机电源系统是多种多样的:有低压直流电源系统、恒速恒频交流电源系统、变速恒频交流电源系统、混合电源系统、变频交流电源系统以及270V高压直流电源系统等。低压直流电源是飞机最早采用的电源,在二战期间趋于成熟。自1914年飞机上第一次使用航空直流发电机以
12、来,飞机直流电源系统经历了九十年的发展过程,其额定电压由6伏、12伏,逐步发展为28伏的低压直流电源系统,一直沿用至今。低压直流电源系统的主电源是由直流发电机、电压调节器、反流割断器和过压保护器等组成。由变流机或静止变流器把低压直流电变换为交流电作为二次电源。常用蓄电池作为应急电源。恒速恒频交流电源系统是一种通过各种恒速传动装置(简称恒装)使发电机恒速运行以产生恒频交流电的系统。1946年,美国发明恒速传动装置(Constant Speed Drive),简称恒装(CSD),开辟了恒速恒频交流电源的时代。几十年来,恒速恒频电源经历了四个发展阶段。50年代为第一阶段,采用差动液压恒速传动装置。6
13、0年代为第二阶段,采用齿轮差动液压恒速传动装置、无刷交流发电机和电磁式控制保护器。70年代为第三阶段,发展了具有多种优点的组合传动发动机。80年代进入第四阶段,微型计算机的应用成为了主流。目前它是应用最为广泛的一种飞机电源系统。变速恒频电源系统是一种通过电子功率变换器把变频发电机输出的变频交流电变换为恒频交流电的系统。在变速恒频电源系统中,交流发电机由飞机发动机直接驱动,发电机所输出的交流电的频率随发动机转速的变化而变化,通过功率变换器将变频交流电变换为400Hz恒频交流电。1972年美国通用电气公司研制的20kVA变速恒频电源首次装机使用。此后40年来变速恒频电源有了迅速的发展,成为了新型飞
14、机电源发展的方向。装有或两种以上的主电源的电源称为混合电源。新一代混合电源具有运动部件少占地空间小,电能质量高,效率高损耗小以及使用维修简单的特点。270V直流电源系统由发电机和控制器构成,美国的F - 14A战斗机、S - 3A和P -3C反潜机等局部采用了高压直流供电技术,而F-22战斗机上已采用了65kW 的270V高压直流电源系统, F-35战斗机则采用了250kW 、270V 高压直流起动发电系统。因此270V直流电源系统也将是今后飞机电源的发展方向之一。1.3 课题的研究背景飞机供电系统是现代飞机的一个重要组成部分,它的作用是向飞机上所有用电设备提供电能,以保证飞机的安全飞行和完成
15、运输或作战任务。由供电系统和用电设备组成飞机电气系统。供电系统又可以分为电源系统和配电系统两大部分。电源系统按其用途可以分为主电源、二次电源和应急电源,有时还包括辅助电源。主电源是飞机上全部用电设备的能源。飞机发电机是飞机主电源的主要设备。发电机的可靠性、经济性、电气特性和参数直接影响飞机电源系统在飞机上的适用程度。飞机发电机有直流发电机和交流发电机两大类。40年代,飞机上开始应用交流发电机。电机容量较小,采用他励式,由飞机直流电网提供励磁电流。50年代,出现了无刷交流发电机。在飞机供电系统中,通常每台发电机都有电压调节器(简称调压器)配套工作,实现对电压的自动调节。其主要作用是:(1)使供电
16、系统电压稳定于规定的水平。(2)在并联供电系统中,保证各直流发电机之间功率的自动均衡分配、各交流同步发电机之间无功功率的自动均衡分配。(3)在供电系统发生故障时,提高保护装置动作的准确性。(4)当并联交流供电系统发生短路故障时,快速地增强同步发电机的励磁电流,发挥“强行励磁”的作用,提高同步发电机的动态稳定性。调压器的基本组成如图1.1所示,通常由检测环节、比较环节、放大环节与执行(操纵、控制)环节组成。随着半导体技术的发展,采用了晶体管调节器来调节电压,其优点是:三极管的开关频率高,且不产生火花,调节精度高、重量轻、体积小、寿命长、可靠性高、电波干扰小。图1.1 调压器结构图1.4 MATL
17、AB仿真技术介绍MATLAB是Matlab Math Work公司于1984年推出的数学工具软件,其科学计算功能的强大和开放式的开发思想使其成为当今最为流行最为优秀的科技应用软件之一,在数值分析、科学计算、算法开发、建模仿真等方面具有独到的优势。Simulink是MATLAB提供的一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。作为一个动态的建模仿真工具,Simulink可以用来仿真线性系统、非线性系统、连续系统、离散系统、连续和离散混合系统、多速率采样系统以及单任务或多任务的离散事件驱动系统等。但Simulink原是为控制系统仿真设计的,不能直接进行电路仿真。1998年,MATLAB5.2中
18、开始提供电气系统模块库Power System Blockset(简称PSB)。电气系统模块库以Simlink为运行环境,涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电工学科中常用的基本元件和系统的仿真模型。它由以下六个子模块库组成。(1)电源模块库:包括直流电压源、交流电压源、交流电流源、可控电压源和可控电流源等。(2)基本元件模块库:包括串联RCL负载/支路、并联RCL负载/支路、线性变压器、饱和变压器、互感、断路器、N相分布参数线路、单相型集中参数传输线路和浪涌放电器等。(3)电力电子模块库:包括二极管、晶闸管、GTO、MOSFET、和理想开关等。为满足不同目的的仿真要求,并提高仿真速度,
19、还有晶闸管简化模型。(4)电机模块库:包括励磁装置、水轮机及其调节器、异步电动机、同步电动机及其简化模型和永磁同步电动机等。(5)连接模块库:包括地、中性点和母线(公共点)。(6)测量模块库:包括电流和电压测量。PSB模型与Simulink模型有很大区别,它是主要针对电力系统设计分析,很多模型并不适用于电气传动及其控制系统的分析。1.5 课题研究的意义各种电气设备都要求在额定电压下工作,同步发电机的端电压变化很严重的情况下,电机本身,负载和整个电力系统都会受到极大的不利影响,甚至直接影响整个系统的工作和生存。因此,保持一定的电压水平,是供电质量的重要指标之一。在运行中,电压的变化是随机的,迅速
20、的,不可能实现人工调节。因此需要给同步发电机加入自动电压调整器。 电压调节系统由发电机和调压器构成,电压调节器是飞机供电系统中不可缺少的重要设备,其性能决定了电源输出电压品质,它直接关系着电源系统能否发出符合质量要求的电能供全机用电设备使用。正确建立其数学模型是闭环系统稳态性能及其动态过程理论分析的必要基础,可以为检测、校正等重要环节的参数设定提供有益参考,而且对数字调压器控制算法的研究也有非常重要的意义。1.6 论文主要内容本文在查阅、比较国内大量资料和理论学习的基础上,采用了近年来教学和工业应用中对动态系统进行仿真时,使用最为广泛的Simulink,通过详细分析系统元件(如发电机、调压器)
21、的工作原理,对电磁式无刷交流发电机调压系统进行了相关的建模与仿真工作。文中各章安排如下:第一章:绪论。介绍了课题研究的背景及意义,对MATLAB仿真工具做了简单介绍。第二章:电磁式无刷交流发电机PSB建模。在推导出同步电机状态方程的基础上,先后建立了同步电机的数学模型、Simulink模型和PSB模型。并建立了两极式无刷励磁电机的PSB模型,其可视为三级无刷励磁电机的简化版。第三章:调压器建模。介绍了调压器的结构及原理,建立了单环电压调节系统。并在第二章内容的基础上对发电机调压系统进行了整体建模。第四章:系统仿真分析。对所建立的模型在MATLAB环境下进行仿真,并根据结果对系统的调压性能进行了
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 数学 建模 优秀论文
![提示](https://www.31ppt.com/images/bang_tan.gif)
链接地址:https://www.31ppt.com/p-4025069.html