DTS中动态实时仿真研究

D TS 中动态实时仿真研究

戴仁昶,潘哲龙,孙宏斌,张毅威,张伯明

(清华大学电机系,北京100084)

摘要:为提高调度员培训仿真器(D T S )中动态仿真的实时性,对动态仿真程序的各个环节进行了实时性改进,针对地调D T S 动态仿真的特点,提出了故障操作-继电保护-故障操作的动态仿真方式,对实际系统的算例表明所提方法的有效性,可使动态仿真基本满足实时性的要求。关键词:调度员培训仿真器;实时性;动态稳定中图分类号:TM 743

收稿日期:2000201231。

国家重点基础研究专项经费资助项目(G 1998020313)。

0　引言

开发调度员培训仿真器(D T S )的目的就是为调度员重现一个在调度中心所面对的仿真调度环境,使调度员能在身临其境的感受下接受教员对其进行的日常调度操作和紧急事故处理能力的培训。要真正实现D T S 的培训目的,对D T S 最基本也是最严格的要求就是既要准确、真实,又要快速、实时。准确、真实要求系统的模型足够精确,模拟的元件要充分和完善;快速、实时则要求算法有效。通常,在D T S 中,稳态仿真和稳态仿真条件下继电保护的逻辑模拟能够满足实时性要求,但在动态仿真计算部分,对于一个中等规模的省调D T S ,要达到实时性要求,就必须在一个时步(一般为10m s ～50m s )内求解由发电机、励磁机、原动机调速器、PSS 、

动态负荷等组成的上千阶差分方程以及几百阶的网络代数方程,同时还得计算各元件的各相序电量以模拟数千个继电保护装置,这是十分困难的。

由于调度员培训仿真的根本目的是要能真实地再现实际电力系统的运行状态,因此不能依赖于降低模型精度、忽略控制元件或过分增大仿真时步来提高动态仿真的速度,必须在保证准确、真实的前提下,尽可能从算法改进来达到动态仿真的实时性要求。为此,本文首先介绍D T S 动态仿真的全过程,然后对此过程中的每一个环节进行实时性改造或提出可行的改进意见,最后,针对地区级动态仿真的特殊性,提出了一种新的动态仿真方式。

1　D TS 中动态仿真过程

电力系统动态仿真的常规数学模型是一非线性

动力系统,它由描述系统元件动态的高维非线性微分方程和描述电力网络功率与拓扑关系的大规模非线性代数方程共同组成,可由如下方程表示:

X α=f (X ,V )

Y V =g (X ,V )

(1)

其中　X 为系统状态变量矢量;V 为电压矢量;Y 为

网络代数方程系数矩阵。

由于方程(1)非常复杂,且因系统含有非线性环节使其具有很强的非线性,因而其解析解很难得到,即便得到,也难以满足工程计算的要求,因此一般利用数值方法对其进行求解。微分方程的解法有单步法和多步法,显式法和隐式法等多种数值解法,由于动态稳定分析对数值稳定性和算法的收敛性均有较高要求,隐式梯形法有较好的数值稳定性和二阶收敛精度,计算速度较快,因此本文采用隐式梯形法。为此,将式(1)化为:

x n +1=x n +h

2

[f (x n ,v n )+f (x n +1,v n +1)](2)

Yx n +1=I

(3)

其中　x n +1,x n 和v n +1,v n 分别表示第n +1和第n 时

步的系统状态变量矢量和电压矢量;I 为注入电流矢量;h 为时间步长。方程(2)、方程(3)的求解方式通常有2种:一种是将差分方程(2)和网络代数方程(3)联立,用牛顿法求解,在求解过程中形成统一的Jacob ian 矩阵,这种方法无交接误差,计算精度高,但计算规模大,更重要的是由于动态元件与网络之间无明显接口,要扩充新元件时得从头到尾重新形成联立方程及Jacob ian 矩阵,可维护性和可扩展性差;另一种是交替求解,其优点[1]在于:每次迭代只需求解2个较小规模的方程,同时由于动态方程与网络方程之间有明显的接口,动态模型的变化不改变网络方程的求解,有利于动态模型的修改和动态新元件的增加,减

5

2000年5月25日

M ay .25,2000

少程序维护量,因此本文采用交替求解方法。交替求解方法包括3个部分:①差分方程的计算;②网络代数方程的求解;③机网接口。

111　差分方程的计算

根据要求的精度不同,描述发电机动态的微分方程组也不一样,分别有4种类型,依次是经典二阶模型,考虑电势E q′变化的三阶模型,考虑E q′,E d′电势变化的四阶模型和E q″,E d″,E q′电势变化的五阶模型。同样,不同类型的控制元件和动态负荷也有不同的数学模型,对此不详细介绍,但应指出的是,将描述动态元件的微分方程差分化后会出现相当多的积分常数或共有的计算项,因此,将其保留以避免重复计算,可以有效地提高计算速度。

112　代数方程的求解

在求解网络代数方程(3)之前,应首先确定系数矩阵Y。当系统发生故障或开关操作时,要重新形成Y;当开关发生全相变位时,还应在此之前进行拓扑分析。故障计算采用规范化的故障计算方法,其具体算法参见文献[2]。

113　机网接口

通过机网接口将差分方程(2)和网络代数方程(3)联系起来,并做收敛性判断。在机网接口部分还没有太多可以提高速度的有效办法时,可以考虑如下尝试:当计算接近收敛时,前后两次迭代时的系统状态变量的变化已不大,此时可考虑发电机用经典模型,且不模拟控制元件,迭代数次后,再进行一次详细模型下的计算,最终收敛结果由详细模型计算得出。

当方程(2)、方程(3)计算收敛后,将得到全网电压及注入电流,此时,为进行继电保护模拟、动态数据刷新上图以及动态曲线的生成,应计算全网动态数据,包括各元件的三相和三序电量、母线频率以及发电机、动态负荷及控制系统的各状态量。继电保护信息形成之后,即可进行继电保护的模拟。

2　动态仿真的实时性改进

动态仿真计算涉及如下7个方面:①拓扑分析;

②故障处理;③差分方程的计算;④网络代数方程的求解;⑤机网接口;⑥保护信息和动态结果的计算与保存;⑦继电保护模拟。

因为每一时步都有可能进行上述方面的计算或处理(其中故障处理和拓扑分析不需要每时步都进行),因此对每一方面算法的改进都将对最终效率的提高做出贡献。

211　拓扑分析

当开关发生全相变位时,全网的拓扑结构发生变化,此时应重新进行拓扑分析。由于每次系统发生全相变位的开关很少,并且一般都集中在为数不多的一二个厂站,因此在进行拓扑分析时,没必要对全网每一厂站都重新进行拓扑分析,而只需对发生开关全相变位的厂站进行厂站级拓扑,然后再进行全网级拓扑,这一方法对于有较多厂站的系统可以显著地减少拓扑分析时间。

212　故障分析

在实际调度过程中,调度员在调度中心所能获得的只是各种采集量,并根据这些信息来判断系统是否发生了故障或扰动,对于故障和扰动本身并没有直接的信息可以得到,即故障的类型、发生地点以及起止时间对调度员来说是不透明的。但在D T S仿真过程中,各种故障、操作以及扰动在(设置)发生的那一刻从仿真系统的电力系统模型中就能完全得到,这正是数字仿真的优势,利用这一优势可以从多方面提高动态仿真速度。

在故障分析方面,故障发生后,可以根据所在积分时段的故障类型有选择地进行三序网络的形成及三序电量的计算,系统发生对称性故障时,只需形成正序网络并计算正序电量,此时,负序和零序电量均为0;两相短路时则无需形成零序网络和计算零序电量。

虽然并非每一仿真时步都要进行拓扑分析和故障分析,但由于每次进行这2部分计算相对比较耗时,因此通过如上处理能节省大量计算时间。

213　差分方程的计算

系统中动态元件类型和数量多种多样,各环节时间常数长短不一,为在仿真过程中保证不会因仿真步长太大使时间常数较小的环节模拟不真实,仿真步长至少要小于系统中的最小时间常数(大约为10m s)。但又由于系统中大多数动态元件各环节的时间常数都大于50m s,因此,为提高计算效率,文中取仿真时间步长为50m s,对时间常数小于50m s 的环节,通过多步差分的方法来保证计算精度。214　网络代数方程的求解

网络代数方程(3)的求解方法是首先将导纳阵Y因子分解,然后利用因子表前代、回代求出方程的解。由于导纳阵Y是稀疏矩阵,尤其对于较大规模的系统,其稀疏度可达99%以上;同时,由于系统中发电机和动态负荷母线相对较少,方程(3)右端列向量I中非零元素较少,因此在求解过程中采用稀疏矢量技术可以减少存储空间,显著提高计算速度。215　机网接口

采用发电机和网络方程交替迭代求解时,为加快网络方程迭代的速度,尽可能地将发电机中与状

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态量无关的导纳放到网络中去,增大导纳矩阵的对角元,这一导纳称为虚拟导纳,此时发电机与网络的关系如图1所示[3]

。

图1　发电机与网络的关系

F ig .1　Relation between generator and network

216　保护信息和动态结果的计算与保存

考虑到继电保护的选择性,保护动作总是局限在一定范围内,即以故障发生处为中心,一定电气距离为半径的范围内。因此,当发生故障的信息已知时,可以确定保护范围,例如考虑从故障点向外扩展n 层厂站(一般n 取2或3),这一范围称为保护窗。

保护窗确定以后,就只需计算保护窗内的元件保护模拟所需信息,而对保护窗外大量的保护模拟

所需信息则无需计算。

另一方面,由于动态结果只是为了给调度员提供一些直观的电量信息,因此无需每时步都计算这些信息,而只需每隔一定时间(如1s )刷新一次。此外,当计算接近收敛时,前后两次迭代时系统的状态变量变化不大,因此当前后两次迭代电压矢量间欧氏距离小于一定阈值Ε时,即当式(4)成立时,可以不必计算此时步的动态结果,

‖v n +1-v n ‖≤Ε(4)其中　Ε的选择应与动态结果显示要求的精度相适

应。

同理,同样存在与继电保护启动判据精度相适应的阈值Εr ,当式(5)成立时,可以不必计算此时步保护信息和进行保护模拟,

‖v n +1-v n ‖≤Εr

(5) 采用这一方法,可以大大节省计算时间,但应注意Εr 的选取,要避免因电压缓慢降落而造成继电保护的漏判。

217　继电保护模拟

在继电保护模拟过程中,利用保护窗技术,只需对保护窗内的保护进行定值保护模拟,对保护窗外的所有保护可以不用模拟。为进一步提高继电保护模拟的速度,应根据故障类型有选择地进行继电保护定值比较,即:当系统发生对称性故障时,不必进行接地距离保护、零序过流保护、负序过流保护等靠零序或负序测量量驱动的保护定值比较计算;当系统发生两相短路故障时,就不必对接地距离、零序过

流等靠零序测量量驱动的保护进行定值比较;当系

统发生单相接地故障时,可不必进行相间距离保护定值比较。

218　地调动态仿真的特殊性

对地区级电力系统,其所辖范围内发电机较少,且发电机的动态过程不是地区级电力系统调度员关心的重点,他们关心的是故障电流的变化和继电保护动作对系统的影响。因此,针对地区调度动态仿真的这一特殊性,可以采用故障操作—继电保护—故障操作的方式进行,其具体流程图如图2所示

。

图2　地调动态仿真流程图

F ig .2　Flow chart of dynam ic si m ulation

for distr ict network

3　算例

311　省调D TS 动态仿真算例

通过上述改进,以吉林省调D T S 为例进行动态仿真计算,并与改进前的方法进行时间上的比较,算例证明,上述改进使计算效率得到了显著提高。

吉林省调D T S 包括吉林省网电压等级在220kV 及其以上的部分和吉林地区级电力系统(模拟66kV 以上电压等级和少量35kV 电压等级系统),共有188条母线、92台发电机、272条线路、282台变压器和755个开关刀闸。

设松东乙线50%处发生AB 两相短路接地,故障持续时间为210s 。为节省篇幅,只给出松东乙线的接线示意图如图3所示。

母线I 为丰满厂200kV 东上母,母线J 为铁东变220kV 母,开关I 为丰满厂178开关,开关J 为铁东变3407开关,两开关上均装有如下保护:高频

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?电力大系统灾变防治和经济运行重大课题专栏?　戴仁昶等　D T S 中动态实时仿真研究

图3　松东乙线的接线示意图

F ig .3　Connection di agram of li ne Songdongy i

保护,相间距离一、二、三段,接地距离一、二、三段,零序灵敏一段,零序不灵敏二段,零序灵敏二段,零序电流三段,失灵保护和自动重合闸。故障发生后,系统发生的故障操作序列如表1所示。

表1　系统事件表

Table 1　Syste m even ts t able

序号

时间

类型

事件源事件内容

11999206205T 10:8:81297设置线路故障教员操作松东乙线AB 相短路接地21999206205T 10:8:81400开关操作继电保护动作丰满厂178开关断开31999206205T 10:8:81400开关操作继电保护动作铁东变3407开关断开41999206205T 10:8:81900开关操作自动重合闸丰满厂178开关合上51999206205T 10:8:81950开关操作继电保护动作丰满厂178开关断开61999206205T 10:8:91100开关操作自动重合闸铁东变3407开关合上7

1999206205T 10:8:91449开关操作

继电保护动作铁东变3407开关断开

在上述故障和操作下,系统经8s 后逐步过渡到稳态运行方式,发电机功角曲线和丰满厂220

kV 东上母电压变化曲线分别如图4和图5的曲线1所示。从图5曲线1可清楚地看出丰满厂220kV 东上母电压经几次冲击后摇摆逐步趋于稳定的过程。

图4　发电机功角曲线

F ig .4　Power -angle curve of generators

图5　丰满厂220kV 东上母电压变化曲线F ig .5　Volt age curve of 220kV up -east bus

i n Feng man Plan t

文献[1]所述方法仿真8s 总的计算时间为94165s ,仿真时钟比例至少应调整为1∶12,利用改进后的方法对应的仿真计算时间和时钟比例分别减少为22111s 和1∶3,实时性得到显著提高。312　地调D TS 动态仿真算例

为节省篇幅和便于对比说明,本文仍以上述吉林省调D T S 为例,并假设发电机动态过程不是其关

心的重点,利用文中所述的地调动态仿真方法,进行如下算例分析。

假设系统仍然在松东乙线50%处发生AB 两相短路接地,故障持续时间为210s ,系统结构、参数及保护设置与3.1节算例完全相同,在此故障下,系统发生的事件如表1所示,惟一的差别是事件发生的绝对时间不一样,但相对时间是一致的。此时,丰满厂220kV 东上母电压变化曲线如图5曲线2所示。比较曲线1、曲线2可以看出,由于故障和继电保护的作用,从2条曲线都可以看出系统受到冲击电压突变的情况,在不考虑发电机及其控制元件的动态过程条件下,电压受到冲击电压突变结束后不再存在摇摆过程(如曲线2所示),这种情况只有在发电机控制系统控制能力足够强,能保持发电机机端电压和输出功率不变,或系统内无发电机且系统接在无穷大外网上的条件下才会发生,对于地调系统,后一条件是近似满足的。对地调D T S 的动态仿真更详细的分析将另文叙述。

对上述算例同样仿真8s ,总的计算时间为6199s ,因此可以将仿真时钟比例调整为1∶1,真正实现了动态仿真的实时性。

4　结语

对调度员培训仿真器(D T S )最重要的要求是准确和实时,这一相互制约的要求使得在动态仿真过

程中为了首先保证准确性,使实时性的要求总是难以满足。通过对D T S 动态仿真各计算环节的实时性改进,使动态仿真的计算速度大大提高;并针对地调动态仿真的特殊性,将其动态仿真采用故障操作—继电保护—故障操作的方式进行,能够完全满足实时性的要求。

(下转第13页　con tinued on page 13)

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Current T ravelling W aves and W avelet T ransfo r m ).电力系统自动化(A utom ati on of E lectric Pow er System s ),1998,22(12);1999,23(1)

何正友,男,博士研究生,研究方向为小波理论在电力系统故障诊断与继电保护中的应用、调度综合自动化。

王晓茹,女,博士,副教授,研究领域为小波理论及神经

网络在电力系统中的应用。

钱清泉,男,教授,博士生导师,中国工程院院士,牵引动力国家重点实验室主任,研究领域为信息理论与信号处理、监控及综合自动化。

CONSTRUCT I ON OF A CLASS OF RECURSIVE W AVEL ET AND ITS APPL I CAT I ON

H e Z hengy ou ΨW ang X iaoru ΨQ ian Q ing quan

;Southw est J iao tong U niversity ΚChengdu 610031ΚCh ina Γ

Abstract ΠFo r overcom ing the sho rtcom ings of longer data w indow and poo r real ti m e characteristics in traditi onal w avelet

transfo r m s Κbased on the Super 2Gaussian functi on Κa general constructi on m ethod of recursive mo ther w avelet is p ropo sed .M o reover Κfo r extracting the w ider band transient info r m ati on of single 2phase ground fault in trans m issi on line Κa new w avelet com bining several modified recursive w avelets is constructed .Si m ulati on of transient signal on HV trans m issi on line under single 2phase ground fault show s that w avelet transfo r m of such constructi on has unique advantage to analyze and

p rocess the fault transient signal

.T h is p ro ject is suppo rted by N ati onal N atural Science Foundati on of Ch ina ;N o 159977019Γ.Keywords ΠSuper 2Gaussian functi on Μrecursive w avelet transfo r m Μcom binati on w avelet Μtransient signal

(上接第8页　con tinued from page 8)

参考文献

1　潘志宏,孙宏斌,张伯明,等(Pan Zh ihong ,Sun Hongbin ,

Zhang Bom ing ,et al ).新一代D T S 中的动态仿真程序(D ynam ic Si m ulati on P rogram fo r D T S of a N ew Generati on ).清华大学学报(自然科学版)(Journal of

T singhua U niversity ),1999,39(9):18

～212　张伯明,陈寿孙(Zhang Bom ing ,Chen Shousun ).高等电

力网络分析(A dvanced A nalysis of Pow er N etw o rk ).北

京:清华大学出版社(Beijing :T singhua U niversity P ress ),1996

3　夏道止(X ia D aozh i ).电力系统分析(下册)(Pow er

System A nalysis (V o l

.2)).北京:中国电力出版社(Beijing :Ch ina E lectric Pow er P ress ),1996

戴仁昶,男,博士研究生,主要研究方向为电力系统动态稳定分析和故障计算。

潘哲龙,男,硕士研究生,主要研究方向包括能量管理系统和调度员培训仿真。

孙宏斌,男,博士,副教授,主要从事E M S 和DM S 的研究、开发和教学工作。

REAL -T I M E DY NA M I C SI M ULAT I ON F OR D TS

D ai R enchang ΨP an Z helong ΨS un H ong bin ΨZ hang Y i w ei ΨZ hang B o m ing

;T singhua U niversity ΚBeijing 100084ΚCh ina Γ

Abstract ΠIn o rder to m eet the requirem ents of dynam ic stability analysis in dispatcher training si m ulato r ;D T S Γ

Κth is paper p ropo ses a series of m ethods to i m p rove the dynam ic stability p rogram in D T S Κsuch as Π①local topo logy analysis Μ②fo r m ing th ree sequence netw o rk s and calculating th ree sequence components in a selective w ay Μ③using sparse vecto r

techno logy Μ④adding adm ittance diagonal elem ents w ith adm ittance of generato rs w h ich are irrelative w ith status variables to speed up iterati on Μ⑤p resenting the concep ti on of p ro tective w indow to reduce ti m e spent fo r p ro tective info r m ati on calculati on Μ⑥calculating dynam ic result in a selective w ay Μ⑦si m ulating relay p ro tecti on tak ing account of fault type .M eanw h ile Κfo r the characteristics of D T S ai m ing at district netw o rk Κth is paper p resents a new dynam ic si m ulati on p rocedure Πoperati on on fault -relay operati on -operati on on fault .T he si m ulati on result fo r a p ractical case illustrates the validity of the m ethod and verifies that the dem and of real 2ti m e si m ulati on is satisfied .

T h is p ro ject is suppo rted by N ati onal Key Basic R esearch Special Fund of Ch ina ;N o .G 1998020313Γ

.Keywords Πdispatcher training si m ulato r ;D T S Γ

Μreal 2ti m e Μdynam ic stability 3

1?学术论文?　何正友等　一类递归小波的构造及其应用

动力学主要仿真软件

车辆动力学主要仿真软件 I960年，美国通用汽车公司研制了动力学软件DYNA主要解决多自由度 无约束的机械系统的动力学问题，进行车辆的“质量一弹簧一阻尼”模型分析。作为第一代计算机辅助设计系统的代表，对于解决具有约束的机械系统的动力学问题，工作量依然巨大，而且没有提供求解静力学和运动学问题的简便形式。 随着多体动力学的谨生和发展，机械系统运动学和动力学软件同时得到了迅速的发展。1973年，美国密西根大学的N.Orlandeo和，研制的ADAM 软件，能够简单分析二维和三维、开环或闭环机构的运动学、动力学问题，侧重于解决复杂系统的动力学问题，并应用GEAR刚性积分算法，采用稀疏矩阵技术提高计算效率° 1977年，美国Iowa大学在，研究了广义坐标分类、奇异值分解等算法并编制了DADS软件，能够顺利解决柔性体、反馈元件的空间机构运动学和动力学问题。随后，人们在机械系统动力学、运动学的分析软件中加入了一些功能模块，使其可以包含柔性体、控制器等特殊元件的机械系统。 德国航天局DLF早在20世纪70年代，Willi Kort tm教授领导的团队就开始从事MBS软件的开发，先后使用的MBS软件有Fadyna (1977)、MEDYNA1984),以及最终享誉业界的SIMPAC( 1990).随着计算机硬件和数值积分技术的迅速发展，以及欧洲航空航天事业需求的增长，DLR决定停止开发基于频域求解技术的MED YN软件，并致力于基于时域数值积分技术的发展。1985年由DLR开发的相对坐标系递归算法的SIMPACI软件问世，并很快应用到欧洲航空航天工业，掀起了多体动力学领域的一次算法革命。 同时，DLR首次在SIMPAC嗽件中将多刚体动力学和有限元分析技术结合起来，开创了多体系统动力学由多刚体向刚柔混合系统的发展。另外，由于SIMPACI算法技术的优势，成功地将控制系统和多体计算技术结合起来，发

实时仿真系统介绍

ADPSS-LAB 电力电子、电力系统实时仿真方案 中国电力科学研究院 2012年10月 目录 1 系统综述- 0 - 2 系统组成- 0 - 3 电力电子、电力系统实时仿真存在的问题- 1 - 4 解决方法- 2 - 5 ADPSS-LAB实时仿真系统的功能- 7 -

电力电子系统实时仿真方案 1 系统综述 实时仿真是研究电力电子、电力系统复杂的工作过程、优化系统与运行的重要手段。电力电子、电力系统实时仿真经历了从第一代模拟分析系统，到第二代模拟/数字混合仿真系统，再到第三代数字实时仿真系统的发展过程。ADPSS-LAB正是第三代数字实时仿真系统的代表产品。 ADPSS-LAB是一种基于并行计算技术、采用模块化设计的电力电子、电力系统实时仿真系统。它既可以在普通PC机上进行离线仿真，也可通过并行计算机与实际的电力电子器件联接而进行实时在线仿真。与前两代仿真系统相比，ADPSS-LAB具有以下优势：1）既可以对电力电子、电力系统机电和电磁暂态分别进行实时仿真，同时也可以对机电和电磁暂态混合系统进行实时仿真。 2）仿真精度高；ADPSS-LAB在实时仿真过程中采用32位双精度浮点数运算，其仿真的精度与公认的离线分析软件MATLAB的仿真精度相当。 3）良好的升级和扩充性；ADPSS-LAB由于直接采用商用的基于PC Cluster的连接方式，当仿真的系统规模增大时，只需增加CPU数目和增大内存容量即可，从系统的升级和扩展灵活性等方面有很好的发展前景。 2 系统组成 软件部分：

实时操作系统：QNX 建模软件：MATLAB/simulink，SimPowerSystem 电力电子、电力系统实时仿真包 电力电子模型库 硬件部分： 并行处理系统(12-core INTEL CPU) I/O接口模块 信号调理模块 3 电力电子、电力系统实时仿真存在的问题 1)建模的问题 仿真系统能够提供友好的图形用户界面，丰富的电力电子、电力系统元件库且模型精度满足仿真要求，同时还要允许用户方便的添加自己的模型。 2)仿真的实时性问题 电力电子、电力系统往往在一个小范围内包含了十几个到几十个器件，相应的模型求解过程中包含了大量的矩阵计算(如：矩阵相乘，矩阵求逆等运算)，如此大的计算量无法在给定的一个几十个微秒的仿真步长内由一个CPU结算出结果。因此，为了实现实时仿真的目标，必须将大的电力电子系统解耦成几个小的子系统，每个子系统分别运行在不同的CPU上，达到降低每个CPU的计算量，实现整个系统实时仿真的目的。 3)实时PWM信号的捕捉和产生问题

系统仿真

系统仿真 1系统仿真概述 1.1定义及实质 所谓系统仿真（system simulation），就是根据系统分析的目的，在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关系或数量关系的仿真模型，据此进行试验或定量分析，以获得正确决策所需的各种信息。 系统仿真的实质是 ①它是一种对系统问题求数值解的计算技术。尤其当系统无法通过建立数学模型求解时，仿真技术能有效地来处理。 ②仿真是一种人为的试验手段。它和现实系统实验的差别在于，仿真实验不是依据实际环境，而是作为实际系统映象的系统模型以及相应的“人造”环境下进行的。这是仿真的主要功能。 ③仿真可以比较真实地描述系统的运行、演变及其发展过程。 1.2系统仿真的分类 根据仿真所采用的模型划分，可将仿真分为数学仿真和物理仿真两大类。 物理仿真亦称为实物仿真，它是在系统生产出样机后，将系统实物全部或部分的引入回路，由于物理仿真能将系统的实际参数、数学仿真中难以考虑到的非线性因素和干扰因素引入仿真回路，因此物理仿真更接近系统的实际情况，通过仿真可以检验实物系统工作的可靠性，可以准确地调整系统元部件的参数。 数学仿真就是将数学模型编排成模拟计算机的排题图或数值计算机的程序。这一过程是将原始数学模型转换成仿真模型，通过对计算机模型的运行达到对原始系统研究的目的，数学仿真在系统设计阶段和分析阶段是十分重要的，通过数学仿真可以检验理论设计的正确性。 1.3系统仿真的作用 ①仿真的过程也是实验的过程，而且还是系统地收集和积累信息的过程。尤其是对一些复杂的随机问题，应用仿真技术是提供所需信息的唯一令人满意的方法。 ②对一些难以建立物理模型和数学模型的对象系统，可通过仿真模型来顺利地解决预测、分析和评价等系统问题。 ③通过系统仿真，可以把一个复杂系统降阶成若干子系统以便于分析。 ④通过系统仿真，能启发新的思想或产生新的策略，还能暴露出原系统中隐藏着的一些问题，以便及时解决。 1.4适合于系统仿真的问题 ①难以用数学公式表示的系统，或者没有建立和求解数学模型的有效方法。 ②虽然可以用解析的方法解决问题，但数学的分析与计算过于复杂，这时计算机仿真可能提供简单可行的求解方法。 ③希望能在较短的时间内观察到系统发展的全过程，以估计某些参数对系统行为的影响。 ④难以在实际环境中进行实验和观察时，计算机仿真是唯一可行的方法，例如太空飞行的研究。 ⑤需要对系统或过程进行长期运行比较，从大量方案中寻找最优方案。

dSPACE实时仿真系统介绍

dSPACE实时仿真系统介绍 dSPACE简介 dSPACE实时仿真系统是由德国dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/Simulink的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台，实现了和MATLAB/Simulink/RTW的完全无缝连接。dSPACE实时系统拥有实时性强，可靠性高，扩充性好等优点。dSPACE硬件系统中的处理器具有高速的计算能力，并配备了丰富的I/O支持，用户可以根据需要进行组合；软件环境的功能强大且使用方便，包括实现代码自动生成/下载和试验/调试的整套工具。dSPACE软硬件目前已经成为进行快速控制原型验证和半实物仿真的首选实时平台。 实现快速控制原型和硬件在回路仿真 RCP(Rapid Control Prototyping)—快速控制原型 要实现快速控制原型，必须有集成良好便于使用的建模、设计、离线仿真、实时开发及测试工具。dSPACE 实时系统允许反复修改模型设计北京汉阳，进行离线及实时仿真。这样，就可以将错误及不当之处消除于设计初期，使设计修改费用减至最小。 使用RCP 技术，可以在 费用和性能之间进行折衷；在最终产品硬件投产之前，仔细研究诸如离散化及采样频率等的影响、算法的性能等问题。通过将快速原型硬件系统与所要控制的实际设备相连，可以反复研究使用不同传感器及驱动机构时系统的性能特征。而且，还可以利用旁路（BYPASS ）技术将原型电控单元（ECU ：Electronic Control Unit ）或控制器集成于开发过程中，从而逐步完成从原型控制器到产品型控制器的顺利转换。RCP 的关键是代码的自动生成和下载，只需鼠标轻轻一点，就可以完成设计的修改。 HILS(Hardware-in-the-Loop Simulation)—半实物仿真 当新型控制系统设计结束，并已制成产品型控制器，需要在闭环下对其进行详细测试。但由于种种原因如：极限测试、失效测试，或在真实环境中测试费用较昂贵等nc.qoos.ipi，使测试难以进行，例如：在积雪覆盖的路面上进行汽车防抱死装置（ABS ）控制器的小摩擦测试就只能在冬季有雪的天气进行；有时为了缩短开发周期，甚至希望在控制器运行环境不存在的情况下（如：控制对象与控制器并行开发），对其进行测试。dSPACE 实时仿真系统的HIL 仿真将助您解决这一问题。 dSPACE开发流程

电力系统仿真软件介绍

电力系统仿真软件 电力系统仿真软件简介 一、PSAPAC 简介: 由美国EPRI开发，是一个全面分析电力系统静态和动态性能的软件工具。 功能：DYNRED（Dynamic Reduction Program）：网络化简与系统的动态等值，保留需要的节点。 LOADSYN（Load Synthesis Program）：模拟静态负荷模型和动态负荷模型。 IPFLOW（Interactive Power Flow Program）：采用快速分解法和牛顿－拉夫逊法相结合的潮流分析方法，由电压稳态分析工具和不同负荷、事故及发电调度的潮流条件构成。 TLIM（Transfer Limit Program）：快速计算电力潮流和各种负荷、事故及发电调度的输电线的传输极限。 DIRECT：直接法稳定分析软件弥补了传统时域仿真工作量大、费时的缺陷，并且提供了计算稳定裕度的方法，增强了时域仿真的能力。 LTSP（Long Term Stability Program）：LTSP是时域仿真程序，用来模拟大型电力系统受到扰动后的长期动态过程。为了保证仿真的精确性，提供了详细的模型和方法。 VSTAB（Voltage Stability Program）：该程序用来评价大型复杂电力系统的电压稳定性，给出接近于电压不稳定的信息和不稳定机理。为了估计电压不稳定状态，使用了一种增强的潮流程序，提供了一种接近不稳定的模式分析方法。 ETMSP（Extended Transient midterm Stability Program）：EPRI为分析大型电力系统暂态和中期稳定性而开发的一种时域仿真程序。为了满足大型电力系统的仿真，程序采用了稀疏技术，解网络方程时为得到最合适的排序采用了网络拓扑关系并采用了显式积分和隐式积分等数值积分法。 SSSP(Small－signal Stability Program)：该程序有助于局部电厂模式振荡和站间模式振荡的分析，由多区域小信号稳定程序(MASS)及大型系统特征值分析程序（PEALS）两个子程序组成。MASS程序采用了QR变换法计算矩阵的所有特征值，由于系统的所有模式都计算，它对控制的设计和协调是理想的工具；PEALS使用了两种技术：AESOPS算法和改进Arnoldi 方法，这两种算法高效、可靠，而且在满足大型复杂电力系统的小信号稳定性分析的要求上互为补充。 二、EMTP/ATP 简介: EMTP是加拿大H.W.Dommel教授首创的电磁暂态分析软件,它具有分析功能多、元件模型全和运算结果精确等优点,对于电网的稳态和暂态都可做仿真分析，它的典型应用是预测电力系统在某个扰动（如开关投切或故障）之后感兴趣的变量随时间变化的规律，将EMTP 的稳态分析和暂态分析相结合，可以作为电力系统谐波分析的有力工具。 ATP（The alternative Transients Program）是EMTP的免费独立版本，是目前世界上电磁暂态分析程序最广泛使用的一个版本, 它可以模拟复杂网络和任意结构的控制系统，数学模型广泛，除用于暂态计算，还有许多其它重要的特性。ATP程序正式诞生于1984年，由Drs.

4机电系统动态性能的计算机仿真

4．机电系统动态性能的计算机仿真 4．1 概述 机电系统计算机仿真是目前对复杂机电系统进行分析的重要手段与方法。在进行机电系统分析综合与设计工作过程中，除了需要进行理论分析外，还要对系统的特性进行实验研究。系统性能指标与参数是否达到预期的要求？它的经济性能如何？这些都需要在系统设计中给出明确的结论。对于那些在实际调试过程中存在很大风险或实验费用昂贵的系统，一般不允许对设计好的系统直接进行实验，然而没有经过实验研究是不能将设计好的系统直接放到生产实际中去的，因此就必须对其进行模拟实验研究。当然在有些情况下可以构造一套物理模拟装置来进行实验，但这种方法十分费时而且费用又高，而在有的情况下物理模拟几乎是不可能的。近年来随着计算机的迅速发展，采用计算机对机电系统进行数学仿真的方法已被人们采纳。所谓机电系统计算机仿真就是以机电系统的数学模型为基础，借助计算机对机电系统的动静态过程进行实验研究。这里讲的机电系统计算机仿真是指借助数字计算机实现对机电系统的仿真分析。这种实验研究的特点是：将实际系统的运动规律用数学表达式加以描述，它通常是一组常微分方程或差分方程，然后利用计算机来求解这一数学模型，以达到对系统进行分析研究的目的。 对机电系统进行计算机仿真的基本过程包括：首先建立系统的数学模型，因为数学模型是系统仿真的基本依据，所以数学模型极为重要。然后根据系统的数学模型建立相应的仿真模型，一般需要通过一定的算法或数值积分方法对原系统的数学模型进行离散化处理，从而建立起相应的仿真模型，这是进行机电系统仿真分析的关键步骤；最后根据系统的仿真模型编制相应的仿真程序，在计算机上进行仿真实验研究并对仿真结果加以分析。 机电系统计算机仿真的应用与发展已经过了近40年的历程，进入20世纪80

系统建模与仿真

系统建模仿真技术的历史现状和发展趋势分析 工程133 胡浩3130212026 【摘要】：经过半个多世纪的发展,仿真技术已经成为对人类社会发展进步具有重要影响的一门综合性技术学科。本文对建模与仿真技术发展趋势作了较全面分析。仿真建模方法更加丰富,更加需要仿真模型具有互操作性和可重用性,仿真建模VVA与可信度评估成为仿真建模发展的重要支柱;仿真体系结构逐渐形成标准,仿真系统层次化、网络化已成为现实,仿真网格将是下一个重要发展方向;仿真应用领域 更加丰富,向复杂系统科学领域发展,并将更加贴近人们的生活。 工程系统的仿真，起源于自动控制技术领域。从最初的简单电子、机械系统，逐步发展到今天涵盖机、电、液、热、气、电、磁等各个专业领域，并且在控制器和执行机构两个方向上飞速发展。 控制器的仿真软件，在研究控制策略、控制算法、控制系统的品质方面提供了强大的支持。随着执行机构技术的发展，机、电、液、热、气、磁等驱动技术的进步，以高可靠性、高精度、高反应速度和稳定性为代表的先进特征，将工程系统的执行品质提升到了前所未有的水平。相对控制器本身的发展，凭借新的加工制造技术的支持，执行机构技术的发展更加富于创新和挑战，而对于设计、制造和维护高性能执行机构，以及构建一个包括控制器和执行机构的完整的自动化系统也提出了更高的要求。 AMESIM软件正是能够提供平台级仿真技术的工具。从根据用户需求，提供液压、机械、气动等设计分析到复杂系统的全系统分析，

到引领协同仿真技术的发展方向，AMESIM的发展轨迹和方向代表了工程系统仿真技术的发展历程和趋势。 一、系统仿真技术发展的现状 工程系统仿真作为虚拟设计技术的一部分，与控制仿真、视景仿真、结构和流体计算仿真、多物理场以及虚拟布置和装配维修等技术一起，在贯穿产品的设计、制造和运行维护改进乃至退役的全寿命周期技术活动中，发挥着重要的作用，同时也在满足越来越高和越来越复杂的要求。因此，工程系统仿真技术也就迅速地发展到了协同仿真阶段。其主要特征表现为： 1、控制器和被控对象的联合仿真：MATLAB＋AMESIM，可以覆盖整个自动控制系统的全部要求。 2、被控对象的多学科、跨专业的联合仿真：AMESIM＋机构动力学＋CFD＋THERMAL＋电磁分析 3、实时仿真技术 实时仿真技术是由仿真软件与仿真机等半实物仿真系统联合实现的，通过物理系统的实时模型来测试成型或者硬件控制器。 4、集成进设计平台 现代研发制造单位，尤其是设计研发和制造一体化的大型单位，引进PDM/PLM系统已经成为信息化建设的潮流。在复杂的数据管理流程中，系统仿真作为CAE工作的一部分，被要求嵌入流程，与上下游工具配合。

动态系统建模仿真 实验报告

动态系统建模仿真实验报告 实验二，实验四 姓名 学号

实验二直流电动机-负载建模及仿真实验 1实验内容 在运动控制系统中电机带动负载转动，电机-负载成为系统的被控对象。本实验项目要求根据电机工作原理及动力学方程，建立模型并仿真。 2实验目的 掌握直流电动机-负载的模型的建立方法； 3实验器材 （1）硬件：PC机。 （2）工具软件：操作系统：Windows系列；软件工具：MATLAB及simulink。 4实验原理 在很多应用场合中，直流电动机的输出轴直接与负载轴相连，转动部件固定在负载轴上，即为常见的电机直接驱动负载形式。如果不考虑传动轴在转动过程中的弹性形变，即把传动轴的刚度看作无穷大，就可以在系统设计过程中，将执行电机和负载视为一个整体对象，这样被控对象的模型就可以用如图2.1所示的 框图来表示。其中 U表示控制电压；a U，a L，a R分别表示电机的电枢电压，电 r 枢电感和电枢电阻； J为电机的转动惯量，L J为负载的转动惯量，包括由电机 m 驱动的转动体、轴承内圈、转动轴、轴套、速度测量元件、角度测量元件以及被测试件折合到电机轴上的转动惯量等； D、L D分别表示电机和负载的粘性阻尼 m 系数； k为电机的电磁力矩系数；e k为电机的反电势系数；mθ为电机-负载的转 m 角， θ 为电机-负载的角速度。 m 在这一实验中，认为电机与负载的转角是相同的，并考虑了电机及负载转动中产生的粘滞阻尼力矩，所以其电压方程、力矩方程变为如下形式

?????+=+--=+=-s s J J D D M s I k s k s E s s I T s I Ra s E s Ua m l m L m l m m e l )()()()()()())()(()()(θθ (2.1) 由方程组（2.1）可以得到相应的结构框图如图1所示。 图1直流电动机-负载数学模型结构框图 5实验要求： （1）建立从a u 到m θ 的传递函数模型，求其频率特性，并与项目1中的电机频率特性进行对比。 （2）分别取（Dm+D L ）1=0.1（Dm+D L ）和（Dm+D L ）2=0.01（Dm+D L ），编制MATLAB 或simulink 程序，比较阻尼系数不同时电机-负载模型的频率特性。 （3）分别取J L1=0.1J L 和J L ２=10J L ，编制MATLAB 或simulink 程序，比较电机-负载模型的频率特性。 实验所需具体参数如下表。

实时仿真与HIL系统应用案例V4.0_130827

实时仿真与HIL系统应用案例 I.智能电网与新能源汽车

目录 案例1.某柔性直流输电示范工程控制保护装置测试 (1) 案例2.MMC柔性直流输电控制保护装置算法开发及测试 (2) 案例3三端MMC-HVDC柔性直流装置入网检测 (4) 案例4.五端MMC柔性直流输电全数字仿真及装置测试 (5) 案例5.基于半桥结构的统一潮流控制器UPFC硬件在环测试 (6) 案例6.风电并网系统RCP研究及HIL测试 (7) 案例7.双馈风机并网系统控制器硬件在环HIL测试 (8) 案例8.基于RT-LAB的光伏阵列模拟器 (9) 案例9.微电网功率硬件在环仿真（PHIL） (10) 案例10.微电网实时仿真模型开发及研究 (11) 案例11.锂离子电池储能并网控制器PCS硬件在环测试HIL (12) 案例12.密集节点变电站实时仿真 (13) 案例13.基于IEC61850的继电保护测试 (15) 案例14.基于实时仿真的广域监测、保护及控制WAMPAC测试 (17) 案例15.基于功率硬件在环（PHIL）配电网电能质量分析 (19) 案例16.基于实时仿真的配电网继电保护测试 (20) 案例17.有源电力滤波APF控制器算法设计 (21) 案例18.电力系统机网协调仿真分析及半实物测试 (22) 案例19.高压大功率变频器半实物仿真 (23) 案例20.永磁同步电机PMSM控制系统设计 (24) 案例21.永磁同步电机PMSM控制器虚拟测试平台 (25)

案例22.新能源汽车开关磁阻电机MCU硬件在环测试 (26) 案例23.基于JMAG高精度有限元分析的实时仿真 (27) 案例24.新能源汽车PMSM电机控制器HIL测试 (28) 案例25.新能源汽车多ECU硬件在环测试 (29) 案例26.新能源汽车电池控制系统BMS自动测试平台 (30) 案例27.高速动车组牵引传动系统实时仿真 (32) 案例28.大功率逆变电源半实物仿真 (33) 案例29.船舶电力推进及综合电力系统 (34)

动态系统建模仿真-实验报告

1实验目的 （1）了解位置伺服系统的组成及工作原理； （2）了解不同控制策略对系统性能的影响。 2实验设备 （1）硬件：PC 机。 （2）工具软件：操作系统：Windows 7；软件工具：MATLAB R2014a 及simulink 。 3工作原理及实验要求 3.1实验原理 图3.1是一个以直流电机为驱动元件的位置伺服系统的方块图，Gc （s ）为控制器，u f 为与作用于转动轴上的摩擦力矩相对应的电压值。 对于位置伺服控制系统，控制器的输出并不是直接驱动电机，而是经过D/A 转换及功率放大后驱动电机带动负载运动。控制的目标，是使由位置传感器及测量装置给出位置反馈信号跟踪指令信号。实际的控制对象中包含D/A 、功率放大器、电机、负载、位置传感器及测量装置等环节，在本实验项目中，将各环节的模型适当简化，得到广义被控对象为如下形式： Bs Js G P += 2 1 (1.1) 其中J 为等效转动惯量，B 为等效阻尼系数。 图3.1位置伺服系统方块图 3.2实验要求 （1）采用PID 控制器对系统进行仿真，求出负载转角的响应曲线。要求考虑摩 擦力矩、控制器输出饱和等非线性因素的影响。 （2）采用模糊控制算法对系统进行仿真，求出求出负载转角的响应曲线，并与 PID 控制的响应曲线进行比较。仿真时要求考虑摩擦力矩、控制器输出饱

和等非线性因素的影响。 4实验内容及步骤 4.1PD 控制位置伺服系统仿真 （1）定义参数： 系统仿真图为图4.1，信号发生器选择幅值为5频率1的正弦信号，在本次实验中Bs Js G P += 2 1 ，参数J 取0.05，参数B 取0.5。摩擦力矩? -=θJ u u f ,u 为控制输出，J 为等效转动惯量，? θ转速。非线性饱和器上下限非别为10~-10。 图4.1 PD 控制位置伺服系统 （2）PD 参数整定 本次仿真采用试凑法确定PID 控制器参数，试凑法就是根据控制器各 参数对系统性能的影响程度,边观察系统的运行,边修改参数,直到满意为止。 一般情况下,增大比例系数KP 会加快系统的响应速度,有利于减少静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调,并产生振荡使稳定性变差。减小积分系数KI 将减少积分作用,有利于减少超调使系统稳定,但系统消除静差的速度慢。增加微分系数KD 有利于加快系统的响应,是超调减少,稳定性增加,但对干扰的抑制能力会减弱。在试凑时,一般可根据以上参数

matlab机电系统仿真大作业

一曲柄滑块机构运动学仿真 1、设计任务描述 通过分析求解曲柄滑块机构动力学方程，编写matlab程序并建立Simulink 模型，由已知的连杆长度和曲柄输入角速度或角加速度求解滑块位移与时间的关系，滑块速度和时间的关系，连杆转角和时间的关系以及滑块位移和滑块速度与加速度之间的关系，从而实现运动学仿真目的。 2、系统结构简图与矢量模型 下图所示是只有一个自由度的曲柄滑块机构，连杆与长度已知。 图2-1 曲柄滑块机构简图 设每一连杆（包括固定杆件）均由一位移矢量表示，下图给出了该机构各个杆件之间的矢量关系 图2-2 曲柄滑块机构的矢量环

3．匀角速度输入时系统仿真 3.1 系统动力学方程 系统为匀角速度输入的时候，其输入为输出为；。 (1) 曲柄滑块机构闭环位移矢量方程为: (2)曲柄滑块机构的位置方程 (3)曲柄滑块机构的运动学方程 通过对位置方程进行求导，可得 由于系统的输出是与，为了便于建立A*x=B形式的矩阵，使x=[], 将运动学方程两边进行整理，得到 将上述方程的v1与w3提取出来，即可建立运动学方程的矩阵形式 3.2 M函数编写与Simulink仿真模型建立 3.2.1 滑块速度与时间的变化情况以及滑块位移与时间的变化情况 仿真的基本思路：已知输入w2与，由运动学方程求出w3和v1，再通过积分，即可求出与r1。 （1）编写Matlab函数求解运动学方程 将该机构的运动学方程的矩阵形式用M函数compv（u）来表示。 设r2=15mm，r3=55mm，r1（0）=70mm，。 其中各个零时刻的初始值可以在Simulink模型的积分器初始值里设置

M函数如下： function[x]=compv(u) %u(1)=w2 %u(2)=sita2 %u(3)=sita3 r2=15; r3=55; a=[r3*sin(u(3)) 1;-r3*cos(u(3)) 0]; b=[-r2*u(1)*sin(u(2));r2*u(1)*cos(u(2))]; x=inv(a)*b; （2）建立Simulink模型 M函数创建完毕后，根据之前的运动学方程建立Simulink模型，如下图： 图3-1 Simulink模型 同时不要忘记设置r1初始值70，如下图： 图3-2 r1初始值设置

基于matlab的Lorenz系统仿真研究

基于Matlab的Lorenz系统仿真研究

摘要：本文利用matlab这一数学工具对Lorenz系统进行了研究。首先使用matlab 分析求解Lorenz方程，利用matlab的绘图功能，直观地观察了Lorenz 混沌吸引子的三维图形，并简单观察了Lorenz混沌系统对初值的敏感性； 然后对Lorenz系统进行仿真，比较分析在不同参数下的Lorenz系统仿真结果；最后验证了通过添加反馈控制的方式，可以使Lorenz方程不稳定的平衡点成为稳定的平衡点。 关键词：Lorenz系统；matlab；混沌系统 1.引言 Lorenz方程是由美国著名的气象学家Lorenz在1963年为研究气候变化，通过对对流实验的研究，建立的三个确定性一阶非线性微分方程。这三个方程是混沌领域的经典方程，Lorenz系统也是第一个表现奇怪吸引子的连续动力系统，具有着举足轻重的作用。Lorenz方程的表达式如下： { dx dt =σ(y?x) dy dt =(μ?z)x?y dz dt =?bz+xy 其中，σ、μ、b为正实常数。 本文利用matlab这一数学工具，对Lorenz系统进行了研究，得到了仿真结果，加深了对Lorenz系统的认识。 2.matlab求解Lorenz方程并绘图 首先建立m文件“Lorenz.m”来定义Lorenz方程，固定σ=10，μ=30，b=8/3，程序如下所示： function dx=Lorenz(t,x) dx=[-10*(x(1)-x(2));30*x(1)-x(2)-x(1)*x(3);x(1)*x(2)-2.6667*x(3)]; end 然后利用ode45命令来求解Lorenz方程并绘制图形，初值取x=y=z=0.1。程序如下所示： >> clf >> x0=[0.1,0.1,0.1]; >> [t,x]=ode45('Lorenz',[0,100],x0); >> subplot(2,2,1) >> plot(x(:,1),x(:,3)) >> title('(a)') >> subplot(2,2,2)

几种常用电力系统仿真软件的比较分析

几种常用电力系统仿真软件的比较分析 电力系统仿真软件的分类较为复杂，按照不同标准可分为：实时与非实时，短时与长时间等不同种类，而各个仿真软件在功能上都具有综合性，只是侧重点有所不同，在报告的最后有各类仿真软件功能的比较，以下为较著名的仿真软件的介绍。 1 RTDS RTDS由加拿大RTDS公司出品，一个CPU模拟一个电力系统元器件，CPU间的通讯，采用并行－串行－并行的方式。RTDS具有仿真的实时性，主要用于电磁暂态仿真。目前RTDS应用规模最大的是韩国电力公司(KEPCO)的装置, 有26个RACK，可以模拟400多个三相结点。RTDS仿真的规模受到用户所购买设备(RACK)数的限制。这种开发模式不利于硬件的升级换代，与其它全数字实时仿真装置相比可扩展性较差。由于每个RACK的造价很高, 超过30万美元, 因此仿真规模一般不大。基于上述原因，RTDS目前主要用于继电保护试验和小系统实时仿真。 2 EMTDC/PSCAD EMTDC是一种世界各国广泛使用的电力系统仿真软件， PSCAD是其用户界面，一般直接将其称为PSCAD。使得用户能更方便地使用EMTDC进行电力系统分析，使电力系统复杂部分可视化成为可能。PSCAD/EMTDC基于dommel电磁暂态计算理论，适用于电力系统电磁暂态仿真。EMTDC（Electro Magnetic Transient in DC System）即

可以研究交直流电力系统问题，又能完成电力电子仿真及其非线性控制的多功能工具。

PSCAD由Manitoba HVDC research center开发。 3 PSASP PSASP由中国电力科学研究院开发。PSASP的功能主要有稳态分析、故障分析和机电暂态分析。稳态分析包括潮流分析、网损分析、最优潮流和无功优化、静态安全分析、谐波分析和静态等值等。 故障分析包括短路计算、复杂故障计算及继电保护整定计算。机电暂态分析包括暂态稳定计算、电压稳定计算、控制参数优化等。 4 ARENE 法国电力公司(EDF)开发的全数字仿真系统ARENE, 有实时仿真和非实时仿真版本。实时版本有： （1）RTP版本，硬件为HP公司基于HP-CONVE工作站的多CPU 并行处理计算机，该并行处理计算机的最大CPU数量已达32个，可以用于较大规模系统电磁暂态实时仿真； （2）URT版本，HP-Unix工作站，用于中小规模系统电磁暂态实时仿真； （3）PCRT版本，PC-Linux工作站，用于中小规模系统电磁暂态实时仿真。 ARENE实时仿真器可以进行如下物理装置测试：继电保护，自动装置，HVDC和FACTS控制器，可以用50微秒步长进行闭环电磁暂态实时仿真。ARENE不作机电暂态仿真。采用基于HP工作站的并行处理计算机，其软硬件扩展也受到计算机型号的制约。

《机电系统动态仿真》实验指导书2010版

实验一 MATLAB 基本操作 一、实验目的: ①通过上机实验操作,使学生熟悉 MA TLAB 实验环境,练习 MA TLAB 命令、m 文件,进行矩阵运算、图形绘制、数据处理。 ②通过上机操作, 使得学生掌握 Matlab 变量的定义和特殊变量的含义,理解矩阵运算和数组运算的定义和规则。 ③通过上机操作,使得学生掌握数据和函数的可视化,以及二维曲线、三维曲线、三维曲面的各种绘图指令。 二、实验原理与说明 Matlab 是 Matrix 和 Laboratory 两词的缩写,是美国 Mathworks 公司推出的用于科学计算和图形处理的可编程软件,经历了基于 DOS 版和 Windows 版两个发展阶段。 三、实验设备与仪器: PC 电脑, Matlab7.0仿真软件 四、实验内容、方法与步骤: 数组运算与矩阵运算 数组“除、乘方、转置”运算符前的“ . ”决不能省略,否则将按矩阵运算规则进行运算; 执行数组与数组之间的运算时, 参与运算的数组必须同维,运算所得的结果也与参与运算的数组同维。 A=[ 1 2 3; 4 5 6; 7 8 9]; B=[-1 -2 -3; -4 -5 -6; -7 -8 -9];

X=A.*B Y=A*B plot 用于二维曲线绘图,若格式为 plot (X , Y , ’ s ’ ,其中 X 为列向量, Y 是与 X 等行的矩阵时,以 X 为横坐标,按 Y 的列数绘制多条曲线; 若 X 为矩阵, Y 是向量时,以 Y 为纵坐标按 X 的列数(或行数绘 制多条曲线。 参考程序如下: t=(0:pi/100:pi' y1=sin(t*[-1 1]; y2=sin(t.*sin(9*t; plot(t,y1, 'r:', t, y2, 'b-.' axis([0 pi, -1, 1] title('Drawn byDong-yuan GE' 程序运行界面如下:

系统仿真技术简介

何为仿真？ 1定义 仿真技术是利用计算机并通过建立模型进行科学实验的一门多 学科综合性技术。它是它具有经济、可靠、实用、安全、可多次重 用的优点。 仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿。人们利用这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，然后帮助人们对现实世界的某一层次的问题做出决策。仿真是一个相对概念，任何逼真的仿真都只能是对真实系统某些属性的逼近。仿真是有层次的，既要针对所欲处理的客观系统的问题，又要针对提出处理者的需求层次，否则很难评价一个仿真系统的优劣。 传统的仿真方法是一个迭代过程，即针对实际系统某一层次的特性（过程），抽象出一个模型，然后假设态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和验证模型，根据判断的情况来修改模型和有关的参数。如此迭代地进行，直到认为这个模型已满足试验者对客观系统的某一层次的仿真目的为止。 模型对系统某一层次特性的抽象描述包括：系统的组成；各组成部分之间的静态、动态、逻辑关系；在某些输入条件下系统的 输出响应等。根据系统模型状态变量变化的特征，又可把系统模型分为：连续系统模型——状态变量是连续变化的；离散（事件）系统模型——状态变化在离散时间点（一般是不确定的）上发生 变化；混合型——上述两种的混合。

2发展历程 仿真是一种特别有效的研究手段。20世纪初仿真技术已得到应用。例如在实验室中建立水利模型，进行水利学方面的研究。 40～50年代航空、航天和原子能技术的发展推动了仿真技术的进步。60年代计算机技术的突飞猛进，为仿真技术提供了先进的工具，加速了仿真技术的发展。利用计算机实现对于系统的仿真研究不仅方便、灵活，而且也是经济的。因此计算机仿真在仿真技术中占有重 要地位。50年代初，连续系统的仿真研究绝大多数是在模拟计算机上进行的。50年代中期，人们开始利用数字计算机实现数字仿真。计算机仿真技术遂向模拟计算机仿真和数字计算机仿真两个方向发展。在模拟计算机仿真中增加逻辑控制和模拟存储功能之后，又出 现了混合模拟计算机仿真，以及把混合模拟计算机和数字计算机联 合在一起的混合计算机仿真。在发展仿真技术的过程中已研制出大 量仿真程序包和仿真语言。70年代后期，还研制成功专用的全数字并行仿真计算机。仿真技术来自于军事领域，但它不仅用于军事领域，在许多非军事领域也到了广泛的应用。例如：在军事领域中的 训练仿真；商业领域中的商业活动预测、决策、规划、评估；工业 领域中的工业系统规划、研制、评估及模拟训练；农业领域中的农 业系统规划、研制、评估，灾情预报、环境保护；在交通领域中的 驾驶模拟训练和交通管理中的应用；医学领域中的临床诊断及医用 图像识别等。 3主要仿真技术

动态系统建模仿真实验报告

动态系统建模仿真-实验报告

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1实验目的 (１）了解位置伺服系统的组成及工作原理； （2）了解不同控制策略对系统性能的影响。 ２实验设备 (1）硬件：ＰC 机。 (２）工具软件：操作系统:W ｉndows ７；软件工具：ＭＡTL ＡB Ｒ2０1４a 及s ｉmu ｌink 。 ３工作原理及实验要求 3.1实验原理 图３.１是一个以直流电机为驱动元件的位置伺服系统的方块图,Gc （s)为控制器，u f 为与作用于转动轴上的摩擦力矩相对应的电压值。 对于位置伺服控制系统,控制器的输出并不是直接驱动电机,而是经过D/A 转换及功率放大后驱动电机带动负载运动。控制的目标，是使由位置传感器及测量装置给出位置反馈信号跟踪指令信号。实际的控制对象中包含D/A 、功率放大器、电机、负载、位置传感器及测量装置等环节,在本实验项目中,将各环节的模型适当简化，得到广义被控对象为如下形式: Bs Js G P += 21 （１．1） 其中J 为等效转动惯量，B 为等效阻尼系数。 1 Js +Bs 2 Gc(s) r y e u f - u 电机-负载模型 图3.1位置伺服系统方块图 3.2实验要求 (1）采用ＰID 控制器对系统进行仿真,求出负载转角的响应曲线。要求考虑摩擦 力矩、控制器输出饱和等非线性因素的影响。

（２）采用模糊控制算法对系统进行仿真,求出求出负载转角的响应曲线，并与 PID 控制的响应曲线进行比较。仿真时要求考虑摩擦力矩、控制器输出饱和等非线性因素的影响。 4实验内容及步骤 4.1PD 控制位置伺服系统仿真 (１)定义参数: 系统仿真图为图4.1，信号发生器选择幅值为5频率1的正弦信号，在本次实验中Bs Js G P += 2 1 ,参数J 取０.０5，参数B 取0.5。摩擦力 矩? -=θJ u u f ,u 为控制输出,J 为等效转动惯量,? θ转速。非线性饱和器上下限非别为10～-10。 图4.1 PD 控制位置伺服系统 (２）PD 参数整定 本次仿真采用试凑法确定PID 控制器参数,试凑法就是根据控制器 各参数对系统性能的影响程度,边观察系统的运行，边修改参数，直到满意为止。 一般情况下,增大比例系数KP 会加快系统的响应速度,有利于减少静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡使稳定性变差。减小积分系数ＫＩ将减少积分作用,有利于减少超调使系统稳定,但系

HLA仿真系统的实时性研究

HLA仿真系统的实时性研究 高层体系结构(High Level Architecture,HLA)现已成为仿真领域的通用标准,但是在实际应用中,基于HLA的仿真系统往往无法满足实时性的要求。随着经济的发展,社会对于仿真系统的需求特别是对实时仿真系统的需求逐渐增多。另一方面,实时性的研究本质上是针对仿真系统运行效率的研究,相关技术进展必然对整个仿真领域的技术发展起到很好的推动作用。因此,对HLA仿真系统的实时性研究既有重要的理论价值,又有积极的现实意义,一直是仿真领域的研究热点。 本文首先对改进HLA系统实时性的方法进行了深入探讨,通过综合比较,将多联邦互连技术确定为本课题的主要研究方向。其后本文对多联邦互连技术进行深入分析,讨论了各种方案的技术难度和可行性,其中HLA桥实现灵活,技术难度适中,符合本课题的实际需求,被确定为主要研究内容。经综合评估,本文决定利用HLA桥连接各仿真系统,并行运算以提高系统实时性。在国内外,HLA桥的研究目标多为互连异构联邦,对于HLA桥对系统实时性的影响一般不做探讨。 针对这种现状,本文先后提出了基于运行支撑环境(Run Time Infrastructure, RTI)RTI的HLA桥架构方案和基于网关的HLA桥架构方案并加以实现。为了检验仿真系统在实时性方面的改进效果,本文围绕时间推进速率等常见的实时性指标加以测试,实验结果表明,基于网关的HLA桥在实时性方面的性能是非桥接系统的2倍以上,能够符合课题要求。为了更加直观地对比桥接系统和非桥接系统在实时性性能方面的差异,本文实现了一个多智能体仿真程序,并将该程序分别运行于桥接系统和非桥接系统,对比速度差异。实验结果表明,新系统的效率是旧有系统效率的2倍以上。

基于某matlab地Lorenz系统地仿真研究

MATLAB 课 程 期 末 作 业 以下报告完成的是大作业第七题： 7. Simulink仿真在高等数学课程中的应用 21130223 宋沛儒

基于MATLAB/Simulink 对Lorenz 系统仿真研究 21130223 宋沛儒 1.引言 1963年Lorenz 通过观察大量大气现象并进行数值实验和理论思考，得到了一系列混沌运动的基本特征，提出了第一个奇异吸引子—Lorenz 吸引子[1] ，Lorenz 通过计算机模拟一个由三阶微分方程描述的天气模型时发现，在某些条件下同一个系统可以表现出非周期的无规则行为。Lorenz 揭示了一系列混沌运动的基本特征，成为后人研究混沌理论的基石和起点，具有非常重要的意义。Lorenz 系统方程如下： (), ,.x a y x y cx y xz z xy bz =-?? =--??=-? （1） 其中，a ，b ，c 为正的实常数。 本人利用了数学工具matlab ，对Lorenz 系统进行了仿真研究，加深了对其的认知。 2.matlab 求解Lorenz 系统 首先创建文件“Lorenz.m ”定义Lorenz 方程，假设固定a=10，b=2.6667，c=30,程序如下： function dx=Lorenz(t,x) dx=[-10*(x(1)-x(2));30*x(1)-x(2)-x(1)*x(3);x(1)*x(2)-2.6667*x(3)]; end 然后利用ode45（Runge-Kutta 算法）命令求解Lorenz 方程并绘制图形，初值取x=y=z=0.1,程序如下：

>> clf >> x0=[0.1,0.1,0.1]; >> [t,x]=ode45('Lorenz',[0,100],x0); >> subplot(2,2,1) >> plot(x(:,1),x(:,3)) >> title('(a)') >> subplot(2,2,2) >> plot(x(:,2),x(:,3)) >> title('(b)') >> subplot(2,2,3) >> plot(x(:,1),x(:,2)) >> title('(c)') >> subplot(2,2,4) >> plot3(x(:,1),x(:,2),x(:,3)) >> title('(d)') 运行后，得如下波形： 图中,（a）为Lorenz混沌吸引子在x-z平面上的投影，（b）为其在y-z平面上的投影，（c）为其在x-y平面上的投影，（d）为Lorenz 混沌吸引子的三维图。四图都类似于“8”字形。 3. Lorenz系统对初值的敏感性 此时因为固定参数a=10，b=2.6667，c=30时，为混沌系统，对初值具有敏感性，初值很小的差异会引起系统的大变化。例如在上例