基于matlab电力系统故障分析与仿真

基于matlab电力系统故障分析与仿真（精选18篇）

1.基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇一

随着电力系统中线路增加,电压等级提高,大容量变压器陆续投入使用,对变压器保护装置的正确动作也提出了更高的要求。目前,现场运行的变压器主保护大都采用纵联差动保护。纵联差动保护原理简单,动作灵敏,通过变压器两侧电流形成的差动电流大小对内部故障与外部故障加以区分。但由于变压器铁芯饱和的非线性,可能会使变压器在空载合闸或外部故障切除后电压恢复时,产生很大励磁涌流,影响纵联差动保护的正常工作。本文通过对变压器空投时励磁涌流的产生机理进行分析,并通过Matlab软件对变压器纵联差动保护仿真,得出了在变压器保护中的一些有益结论。

1 变压器励磁涌流的产生机理

以一台单相变压器的空载合闸为例来进行分析。设变压器在t=0时刻空载合闸,加在变压器上的电压为u=Umsin(ωt+α),由电压与磁通之间的关系可得:

公式(1)中,R为变压器的绕组电阻,φ为变压器铁芯磁通。

根据磁链方程,可以得到:

公式(2)中,L为变压器绕组电感,包括漏电感和励磁回路电感。L为非线性的量,但是考虑到在回路中的电压降分量主要是由磁链变化所引起的,因此电阻R上的压降在整个方程中所占比率较小,可近似将L看作为一个常数。

将公式(2)代入公式(1)中,求解φ得:

公式(3)中:φr为变压器铁芯的剩磁。φr的大小和方向与变压器切除时刻的电压(磁通)有关。得到磁通φ的值后,通过变压器的磁化曲线,如图1所示,即可求得励磁电流的大小。

由公式(3)可知,磁通φ由两部分组成。第一部分-φmcos(ωt+α)为稳态磁通,第二部分为衰减的非周期分量,是为了保持在t=0时刻磁通不发生突变而产生的。

在变压器的稳态运行时,运行电压一般不会超过额定电压的10%,相应的磁通φ不会超过饱和磁通φsat,所以铁芯不会饱和。但在变压器空载合闸时的暂态过程中,由于非周期分量的作用,可能会使φ>φsat,造成铁芯磁通的饱和。最严重的情况是在电压过零时刻(α=0)合闸,铁芯的剩磁φr>0,变压器铁芯磁通φ达到最大值,即φmax=2φmcosα+φr。此时磁通φ远大于饱和磁通φsat,造成变压器的严重饱和。

结合变压器的磁化曲线特点,铁芯不饱和时,磁化曲线的斜率L很大,励磁电流i近似为零;铁芯饱和后,磁化曲线的斜率L很小,励磁电流i大大增加,形成励磁涌流。变压器空载合闸时的励磁涌流在(0~2π)周期内可以表达为:

励磁涌流的波形如图2所示,单相变压器励磁涌流的大小与合闸角有关,当合闸角α为0或π时,励磁涌流最大。同时,波形完全偏离时间轴的一侧,且是间断的,含有很大成分的非周期分量及大量的高次谐波分量,高次谐波中以二次谐波为主[1,2]。

2 基于Matlab的仿真分析

在Matlab软件中利用simulink和电力系统元件库,可以很方便地建立变压器仿真模型,考虑到三相系统中各物理量特性相同,在此采用单相系统模型,图3为Matlab系统仿真模型。

其中变压器与500 k V系统相连,额定容量为450 MVA(单相150 MVA),额定变比为500 k V/230 k V,一次侧、二次侧绕组考虑电阻、漏电感以及剩磁的影响。变压器采用带饱和特性的模型,使用Matlab自带的磁滞特性设计工具进行设计。

为考察变压器空载投入对纵联差动保护的影响,利用一个电流互感器对线路的电流进行测量。互感器的额定容量为25 VA,额定变比为2 000 A/5 A。互感器二次侧接1Ω负荷电阻。断路器处于闭合状态,0.08 s后断开,0.16 s后再次闭合。仿真波形如图4所示,其中第一栏为电流互感器一次侧与二次侧电流的对比,第二栏为变压器的磁通大小,第三栏为互感器的磁通大小。

在0~0.08 s时,断路器闭合状态。此时,变压器相当于空载投入。由前述分析可知,在空载投入瞬间,为了保持磁链不变,变压器励磁绕组将会产生衰减的非周期分量。从图4第二栏中,可以发现变压器的磁通上移,最大磁通出现在半个周期后,幅值达2.5 p.u.,远远超过变压器的饱和值。在超过饱和值时,线路中将出现励磁涌流,而在小于饱和值时,线路中的电流值为0。这一点正好与前面的分析一致。励磁涌流表现出明显的间断性,并且偏向时间轴的正侧。励磁涌流的幅值最大能达到6倍的额定电流值,对变压器纵联差动保护装置而言,励磁涌流所产生的不平衡电流将会使保护装置发生误动作。

在0.08~0.16s时,断路器打开,线路中没有电流。此时变压器与互感器的剩磁均保持不变。

在0.16 s后,断路器再次闭合。变压器仍然出现励磁涌流,但在自身电阻的作用下,励磁涌流在逐渐衰减,在电流互感器一次侧的电流中,可以看到涌流的幅值在减小。而电流互感器二次侧的电流在0.2 s后出现变化,突然反方向增长,在时间轴上下移动,出现一定的对称性。观察互感器磁通发现,此时电流互感器在长期的非周期分量作用下,进入了饱和状态,二次电流迅速降为0,但反向的电流仍能输出,因此形成图4所示的波形。对于保护装置而言,此时的不平衡电流减小,有利于保护动作。但是电流互感器的饱和,同样也会使正常工作时的电流受到影响,加大了保护装置的动作电流,在这一点上是不利的。

由此可以得出,当变压器空载投入时,将会产生比较大的励磁涌流,作为不平衡电流出现,导致变压器差动保护的误动。需要将励磁涌流与故障电流进行区分,采取适当的防治措施[3]。

3 防止保护误动的措施

3.1 二次谐波制动法

在涌流中,除基波和非周期分量外,高次谐波电流以二次谐波为最大,而在其它工况下很少有偶次谐波发生,所以二次谐波成为涌流最明显的特征。将励磁涌流进行傅里叶变换发现,在各次谐波中,二次谐波含量最高。

目前,常用的二次谐波制动法就是利用这个特点。保护装置通过判断差流中二次谐波的含量,超过整定值时,认为出现励磁涌流,将差动继电器闭锁起来。对于三相变压器,采用“或”门闭锁方式,即三相差流中某相判为励磁涌流,闭锁整个差动保护装置,一直等到暂态分量衰减后才能进行动作。

此外,这里还可以根据电流互感器在饱和后,传变特性变坏的特点,使得励磁涌流进行电流互感器二次侧的值变小,从而能够达到减轻励磁涌流影响目的。

3.2 减小涌流的方法

励磁涌流的产生,与合闸时刻有密切联系。由公式(4)可知,选择合适的合闸角α和铁芯中的剩磁φr可以减小励磁涌流的大小。对于三相变压器而言,可以采取变压器三相不同期合闸的方法达到减小励磁涌流的作用。合闸时可取任一相的合闸角为90°,此时该相的励磁涌流最小,另外两相在1/4工频周期后合闸。这样保证后两相绕组中的磁通在正常的范围内,从而消除或削弱励磁涌流的影响。图5为合闸角分别为0°和90°时的仿真波形。

3.3 电流互感器的饱和影响

当系统中的非周期分量长期存在时,会引起电流互感器的饱和。进入饱和后,电流互感器传变的工频电流幅值相对较小,从而使差动电流发生畸变。此时,进入电流互感器二次侧的电流减小,从而使差流也相应减小,有利于防止保护的误动[4]。

但是采用速饱和原理的纵差保护动作电流大,灵敏度低,并且在变压器内部故障时,会因非周期分量的存在而延缓保护的动作,因此已逐渐淘汰。

4 结语

本文对变压器励磁涌流的产生及特点进行了理论分析,并利用Matlab软件建立了变压器励磁涌流的仿真系统模型。该方法简便,易于实现,仿真结果与理论分析结果一致,表明了仿真系统的正确性,并为分析和研究变压器励磁涌流提供了一个好方法。同时,也应当注意励磁涌流与变压器铁芯的磁化曲线关系密切,如何提高磁化曲线的精度直接关系到谐波的识别与谐波的计算。另外,在防范励磁涌流造成的变压器纵联差动保护误动时,应综合考虑。既要从谐波的识别入手,提高对励磁涌流的拒动,也要采用合理的措施,如合适的合闸时刻,积极削弱励磁涌流的大小,确保变压器差动保护装置的正确动作。

参考文献

[1]张保会.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005.

[2]许正亚,变压器及中低压网络数字式保护[M].北京:中国水利水电出版社,2004.

[3]李艳鹏,侯启方,刘承志.非周期分量对电流互感器暂态饱和的影响[J].电力自动化设备,2006,26(8):15-18.

2.基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇二

关键词：电机与电力拖动；交互式课堂教学模式；MATLAB仿真；虚拟实验；

中图分类号：G64文献标识码：A文章编号：10054634（2015）05007004

《电机与电力拖动》作为电气、机电及自动化类专业的一门专业课程，涉及电学、磁学、电磁学、动力学、热学及机械等学科知识，公式推导繁琐，与工程实践联系紧密，教师的讲解和学生的学习都存在一定的困难。实验教学在于化抽象为具体，将课堂上靠语言、公式描述的抽象概念转化为实物及其各种运行状态。传统灌输式实验教学虽然完成了教学任务，培养了学生最基本的实验技能，但无法达到实验课的要求，没有发挥学生的主观能动性，不能开拓学生的创造性思维，起不到提高动手能力和运用理论知识去分析、解决问题的能力。虚拟实验技术应运而生，即利用计算机技术及其图形功能，用虚拟模型来仿真实际的物理实验过程以达到实验目的的应用系统。作为一种全新的教学手段，虚拟实验的仿真系统可以根据实验者的操作给出和真实环境中完全一样的实验响应，给实验者身临其境的逼真感，突破了时空限制，具有开放性和经济实用性等特点，而且可以弥补传统实验存在的空白，比如电机的过载和堵转。本课程的虚拟实验室建设已成为国内外研究的热点。

文章进行基于MATLAB仿真的《电机与电力拖动》交互式课堂教学模式的研究，在课堂教学中实时穿插虚拟实验，将理论与实践相联系；采用教师讲授与学生主动参与实验操作的交互式课堂教学模式，从而加深学生对所学内容的认识与理解，提高学生学习的主观能动性、创造性及动手能力。

1交互式课堂教学模式设计

基于MATLAB仿真的《电机与电力拖动》课程交互式课堂教学模式的研究，依据课程教学大纲要求，结合电机拖动基础的课程特点，通过MATLAB/Simulink仿真软件建立典型对象（变压器、交直流电机及其拖动系统等）的M文件及仿真模型库，每个实验配有详细的说明，实验结果包括关键参数的实时监测、实验数据和曲线显示及动态变化过程的观察，形象而直观；然后，将建立的M文件和仿真模型合理超链接到理论教学的PPT中，教师在进行理论讲解的过程中，实时调入虚拟实验或者演示或者让学生上台操作，理论紧密联系实践，使理论得以及时消化，同时调动了学生学习的兴趣，达到事半功倍的效果；最后，将构建的习题仿真模型库和教学PPT一起共享给学生，让大家自行学习实践，从而更好地理解和掌握所学知识，实现学中做和做中学，提高动手能力和创新能力。

3.基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇三

实验人员:-------

-------学

号：--------

---------

实验日期：20150618 摘要

本文主要研究的是一级倒立摆的控制问题，并对其参数进行了优化。倒立摆是典型的快速、多变量、非线性、强耦合、自然不稳定系统。由于在实际中有很多这样的系统，因此对它的研究在理论上和方法论上均有深远的意义。本文首先简单的介绍了一下倒立摆以及倒立摆的控制方法，并对其参数优化算法做了分类介绍。然后，介绍了本文选用的优化参数的状态空间极点的配置和PID控制。接着建立了一级倒立摆的数学模型，并求出其状态空间描述。本文着重讲述的是利用状态空间中极点配置实现方法。最后，用Simulink对系统进行了仿真，得出在实际控制中是两种比较好的控制方法。

Abstract

This paper mainly studies the level of the inverted pendulum control problem, and its parameters are optimized.Inverted pendulum is a typical rapid, multi-variable, nonlinear, strong coupling, natural unstable system.In practice, however, because there are a lot of such a system, so the study of it in theory and methodology have profound significance.This article first introduced the inverted pendulum, and simple of the inverted pendulum control method, made a classification and the parameter optimization algorithm is introduced.And then, introduced in this paper, choose the optimization of the parameters of state space pole configuration and PID control.Then set up the level of the mathematical model of inverted pendulum, and find out the state space description.This paper focuses on the pole assignment method is the use of state space.Finally, the system are simulated using Simulink, it is concluded that in the actual control is two good control method.This paper mainly studies the level of the inverted pendulum control problem, and its parameters are optimized.Inverted pendulum is a typical rapid, multi-variable, nonlinear, strong coupling, natural unstable system.In practice, however, because there are a lot of such a system, so the study of it in theory and methodology have profound significance.This article first introduced the inverted pendulum, and simple of the inverted pendulum control method, made a classification and the parameter optimization algorithm is introduced.And then, introduced in this paper, choose the optimization of the parameters of state space pole configuration and PID control.Then set up the level of the mathematical model of inverted pendulum, and find out the state space description.This paper focuses on the pole assignment method is the use of state space.Finally, the system are simulated using Simulink, it is concluded that in the actual control is two good control method.目 录 引言..................................................4 1.1 倒立摆介绍以及应用.........................................4 1.2 倒立摆的控制方法...........................................5

2单级倒立摆数学模型的建立...............................6 2.1传递函数...................................................8 2.2状态空间方程...............................................9

3系统Matlab 仿真和开环响应.............................11 4 系统设计.............................................15 4.1极点配置与控制器的设计....................................15 4.2系统仿真：................................................16 4.3仿真结果..................................................17 4.4根据传递函数设计第二种控制方法-----PID串级控制............18

5结 论

...............................................19引言

1.1 倒立摆介绍以及应用

倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、非线性系统，是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台。对倒立摆系统的研究能有效的反映控制中的许多典型问题：如非线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。通过对倒立摆的控制，用来检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力。

通过对它的研究不仅可以解决控制中的理论和技术实现问题，还能将控制理论涉及的主要基础学科：力学，数学和计算机科学进行有机的综合应用。其控制方法和思路无论对理论或实际的过程控制都有很好的启迪，是检验各种控制理论和方法的有效的“试金石”。倒立摆的研究不仅有其深刻的理论意义，还有重要的工程背景。在多种控制理论与方法的研究与应用中，特别是在工程实践中，也存在一种可行性的实验问题，使其理论与方法得到有效检验，倒立摆就能为此提供一个从理论通往实践的桥梁，目前，对倒立摆的研究已经引起国内外学者的广泛关注，是控制领域研究的热门课题之一。

倒立摆不仅仅是一种优秀的教学实验仪器，同时也是进行控制理论研究的理想实验平台。由于倒立摆系统本身具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，许多现代控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象，不断从中发掘出新的控制策略和控制方法，相关的科研成果在航天科技和机器人学方面获得了广阔的应用。二十世纪九十年代以来，更加复杂多种形式的倒立摆系统成为控制理论研究领域的热点，每年在专业杂志上都有大量的优秀论文出现。因此，倒立摆系统在控制理论研究中是一种较为理想的实验装置。

倒立摆主要应用在以下几个方面:(1)机器人的站立与行走类似于双倒立摆系统，尽管第一台机器人在美国问世至今已有三 十年的历史，机器人的关键技术--机器人的行走控制至今仍未能很好解决。(2)在火箭等飞行器的飞行过程中，为了保持其正确的姿态，要不断进行实时控制。

(3)通信卫星在预先计算好的轨道和确定的位置上运行的同时，要保持其稳定的姿态，使卫星天线一直指向地球，使它的太阳能电池板一直指向太阳。(4)侦察卫星中摄像机的轻微抖动会对摄像的图像质量产生很大的影响，为了提高摄像的质量，必须能自动地保持伺服云台的稳定，消除震动。

(5)为防止单级火箭在拐弯时断裂而诞生的柔性火箭(多级火箭)，其飞行姿态的控制也可

以用多级倒立摆系统进行研究。

由于倒立摆系统与双足机器人、火箭飞行控制和各类伺服云台稳定有很大相似性，因此对倒立摆控制机理的研究具有重要的理论和实践意义。

1.2 倒立摆的控制方法

倒立摆有多种控制方法。对倒立摆这样的一个典型被控对象进行研究，无论在理论上和方法上都具有重要意义。不仅由于其级数增加而产生的控制难度是对人类控制能力的有力挑战，更重要的是实现其控制稳定的过程中不断发现新的控制方法，探索新的控制理论，并进而将新的控制方法应用到更广泛的受控对象中。当前，倒立摆的控制方法可分为以下几类 ：

(1)线性理论控制方法

将倒立摆系统的非线性模型进行近似线性化处理，获得系统在平衡点附近的线性化模型，然后再利用各种线性系统控制器设计方法，得到期望的控制器。PID控制、状态反馈控制、能量控制]、LQR控制算法是其典型代表。

(2)预测控制和变结构控制方法

预测控制：是一种优化控制方法，强调的是模型的功能而不是结构。变结构控制：是一种非连续控制，可将控制对象从任意位置控制到滑动曲面上仍然保持系统的稳定性和鲁棒性，但是系统存在颤抖。预测控制、变结构控制和自适应控制在理论上有较好的控制效果，但由于控制方法复杂，成本也高，不易在快速变化的系统上实时实现

2单级倒立摆数学模型的建立

在忽略了空气流动，各种摩擦之后，可将倒立摆系统抽象成小车和匀质杆组成的系统，如下图1所示

图1 单级倒立摆模型示意图

那我们在本实验中定义如下变量：

M

小车质量

（本实验系统

1.096 Kg）m

摆杆质量

（本实验系统

0.109 Kg）b

小车摩擦系数（本实验系统

0.1 N/m/sec）l

摆杆转动轴心到杆质心的长度（0.25 m）I

摆杆惯量

（0.0034 kg*m*m）F

加在小车上的力

x

小车位置

φ

摆杆与垂直向上方向的夹角 θ

摆杆与垂直向下方向的夹角（考虑到摆杆初始位置为竖直向下）下面我们对这个系统作一下受力分析。下图2是系统中小车和摆杆的受力分析图。其中，N和P为小车与摆杆相互作用力的水平和垂直方向的分量。

注意：在实际倒立摆系统中检测和执行装置的正负方向已经完全确定，因而矢量方向定义如图，图示方向为矢量正方向。

图2 倒立摆模型受力分析

分析小车水平方向所受的合力，可以得到等式：

应用Newton方法来建立系统的动力学方程过程如下：

分析小车水平方向所受的合力，可以得到以下方程：

FbxN Mx由摆杆水平方向的受力进行分析可以得到下面等式：

Nmd2dt2

(xlsin)

2sinmlcosmlx即 Nm

把这个等式代入上式中，就得到系统的第一个运动方程：

cosml2sinFbxml(Mm)x（1）

为了推出系统的第二个运动方程，我们对摆杆垂直方向上的合力进行分析，可以得到下面方程：

d2Pmgm2(lcos)dtsinml2cos即：Pmgml

力矩平衡方程如下：

PlsinNlcosI

注意：此方程中力矩的方向，由于,coscos,sinsin，故等式前面有负号。

21ImlN3P合并这两个方程，约去和，由得到第二个运动方程：

43mglsinmlcosml2x（2）

设（是摆杆与垂直向上方向之间的夹角），假设与1（单位是

d()20sin，dtcos1，弧度）相比很小，即《1，则可以进行近似处理：。用u来代表被控对象的输入力F，线性化后两个运动方程如下：

4gx3lubxmlx(Mm)（3）

2.1传递函数

对方程组(3)进行拉普拉斯变换，得到

422l(s)sg(s)X(s)s3(Mm)X(s)s2bX(s)sml(s)s2U(s)（4）

注意：推导传递函数时假设初始条件为0。

由于输出为角度，求解方程组（4）的第一个方程，可以得到

4gX(s)[l2](s)3s

把上式代入方程组（4）的第二个方程，得到

(Iml2)g(Iml2)g2(Mm)(s)sb2(s)sml(s)s2U(s)ssmlml

整理后得到传递函数：

ml2sqs443(s)U(s)bml2qs3(Mm)mgl2bmglssqq

22q[(Mm)(Iml)(ml)] 其中

2.2状态空间方程

系统状态空间方程为

AXBuXyCXDu

,x方程组（3）对解代数方程，得到解如下： xx4b3mg4xxu(4Mm)(4Mm)(4Mm)3b3g(Mm)3xu(4Mm)l(4Mm)l(4Mm)l

整理后得到系统状态空间方程：

10x4b0(4Mm)x003b0(4Mm)l03mg(4Mm)03g(Mm)(4Mm)l00x40x(4Mm)u1030(4Mm)l

xx1000x0y0u0010

带入参数可得系统的状态空间方程：

0x100-0.08831670.629317x0000-0.23565527.82850x0x0.883160u1002.35655 xx1000x0y0u0010 3系统Matlab 仿真和开环响应

系统开环稳定性分析

num=[2.35655 0 0];den=[1 0.088167-27.9169-2.30942];sys=tf(num,den)[z,p,k]=tf2zp(num,den);step(sys)%阶跃响应曲线： grid on

阶跃响应曲线

rlocus(sys)%根轨迹

根轨迹

bode(sys)%波特图

[A,B,C,D]=tf2ss(num,den);Q=ctrb(A,B)rank(Q)%系统能控性分析

Q =

1.0000-0.0882 27.9247 0 1.0000-0.0882 0 0 1.0000

ans = 3

由得到的rank（Q）的值可知，原系统的能控性矩阵为3，所以我们可知原系统是不能控的。m=obsv(A,C)rank(m)m = 2.3565 0 0-0.2078 65.7876 5.4423 65.8059-0.3580-0.4798

ans = 3 由得到的rank（m）的值可知，原系统的能观性矩阵为3，所以我们可知原系统是能观的。eig(A)ans =

5.2810-5.2864-0.0827

由eig(A)的值可知系统是不稳定的。4 系统设计

4.1极点配置与控制器的设计

采用极点配置法设计多输出的倒立摆系统的控制方案。可以用完全状态反馈来解决，控制摆杆和小车的位置。

设计状态反馈阵时，要使系统的极点设计成两个主导极点和两个非主导极点，用二阶系统的分析方法确定参数。

根据系统性能要求： 最大超调量10%，调节时间为 1s

-运用超调量计算公式：% 得到0.707wn5.66

1-2 t3

sn P2=-4-4.33j 得到两个主导极点为：P1=-4+4.33j P4=-20 选取两个非主导极点：P3=-20 根据MATLAB求取状态增益矩阵，程序如下： a=[0 1 0 0 0-0.0883167 0.629317 0 0 0 0 1 0-0.23655 27.8285 0];b=[0 0.883167 0 2.35655];p=[-4+4.33j-6-4.33j-20-20];k=acker(a,b,p)k =

-740.4267-247.3685 646.9576 113.8866

4.2系统仿真：

根据状态空间表达式建立一阶倒立摆SimuLink仿真图，如下：

4.3仿真结果

系统仿真图（位置，速度，角度，角速度）

根轨迹

4.4根据传递函数设计第二种控制方法-----PID串级控制

PID控制器系统框图：

经过几次参数调试得出Kp=300，Ki=200,Kd=20满足性能要求，其仿真图形如下：

5结 论

本次设计主要通过PID串级控制和状态空间极点配置的方法对直线一级倒立摆进行校正，通过此次课程，掌握MATLAB的基本使用方法。在课程设计过程中，培养了团队协作能力，刻苦钻研以及编程能力，为今后的学习工作打下了良好的基础。经过这次课程，是我受益匪浅。

第一、学会了如何运用自己所学的知识结合实践

第二、硬件最然需要不断尝试，但不是盲目的调试，而是需要有理论作为指导，指明调整的方向，这样设计系统就会事半功倍。第三、Matlab等工具软件的使用也大大提高了设计系统的速度。这些都是试验中珍贵的收获。

4.基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇四

无人机控制系统传感器故障诊断的方案与仿真

应用卡尔曼滤波器对传感器进行故障诊断时,由于输入噪声和测量噪声的统计特性是不确定的,因此难以得到其准确的统计特性先验信息,而采用错误的噪声统计特性会产生滤波误差,甚至使滤波发散,因此该文提出了一种基于Sage-Husa时变噪声统计估计器的.自适应卡尔曼滤波器算法,在滤波过程中利用噪声统计估计器对未知的统计特性进行在线估计,并对无人机控制系统的传感器故障进行在线诊断,此方法无须增加硬件余度和其他解析余度,易于实现,可靠性好,检测迅速.仿真表明该方法能够检测出系统故障并进行故障定位.

作 者：贾彩娟 祝小平周洲 JIA Cai-juan ZHU Xiao-ping ZHOU Zhou 作者单位：西北工业大学无人机研究所,陕西,西安,710072刊 名：计算机仿真 ISTIC PKU英文刊名：COMPUTER SIMULATION年，卷(期)：22(11)分类号：V249关键词：无人机 故障检测与隔离 卡尔曼滤波器

5.基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇五

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4.12.028

第 32卷 第 12期 402 年 12月

西北农林科技大学学报(自然科学版)

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or.(Nat.Sci.Ed.)loV.32 No.12

Dec.204

基于 MATLAB的电力系统潮流计算

1张 宁,江红梅,张 渭2

(1西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西杨凌 71210

;2哈密市高级中学计算机室 ,新疆哈密 83900)

[摘 要] 随着计算机语言技术的不断发展和成熟 ,基于 MAT

LA

B的潮流计算研究近年来得到了长足的发 展。针对这一现状,以 P-Q分解法为例,分析了 BA

SIC , FO RT RA

N和 MA

T

LAB高级语言潮流计算的异同 ,指出了 其优缺点,并针对潮流计算模型结构的特点 ,提出了基于 MA

T LAB的潮流算法。

[关键词] 电力系统;潮流计算;MA

T LAB [中图分类号] T

M715;T M744

[文献标识码] A

[文章编号] 1671-9387(204)12-0124-03

潮流计算是电力系统规划、运行的基本研究方

法,随着现代电力系统大系统、强非线性与多元件特 点的日益突出,其计算量与计算复杂度急剧增

[ 1]

加。在处理潮流计算时,其计算机软件的速度已

[ 2] 无法满足大电网模拟和实时控制的仿真要求 ,而 高效的潮流问题相关软件的研究已成为大规模电力

3,4] 系统仿真计算的关键[。随着计算机技术的不断 发展和成熟,对 MA

T

LA B潮流计算的研究为快速、详细地解决大电网仿真技术问题开辟了新思 路。针对这一现状,本文以某电力网络为例,分 析了 BASIC、FO

RT RA

N和 M A

T

LAB 高级语言潮 流计算的异同,并提出了基于 MA

T LAB 的潮流算 法,以期为电力系统潮流计算提供参考。[ 5,6] 的有效方法。该方法把非线性方程线性化,由于线

性方程的系数矩阵结构上是稀疏的非对称矩阵,结 合稀疏矩阵技术可使计算机内存占用量大大减少 , 计算速度大大加快;P-Q分解法[

8]是在 N

ew

ton jQ ,(i =1 , 2 ,3 ,…, n)(1)

ji j∑ =P j=1 U＊

i nj=1

计算机潮流计算的基本要求是:计算方法具有

[ 11 , 12 ]

∑·

ji jZ I = 式中,P iQ 分别为节点 i向网络注入的有功功率，·i和无功功率;jU为节点 j的电压相量 ·＊ P-Q

i,(i =1 ,2 ,3 ,…, n)(2)

ji·

＊

Ui

一定的可靠性和收敛性;尽量选用占计算机内

存较少的存储方式;在可靠收敛的前提下,选用计算 速度较快的方法;人机交互环境便于数据输入、校核 和修改,且具有一定的灵活性。

BAS

IC是一种解决数学问题的语言,由于其取

;Uii

为节点

消了编译工作及连接过程,语言的执行时间相应较

·

AS

IC语句的标识符可为常数和变量,矩阵也 的电压共轭相量;jj的电流相量;I为节点 Y为节 慢。Bji点导纳矩阵;Z为节点阻抗矩阵。式(1)和式(2)各

ji

[ 13 ]

可规定为变量进行计算。

有 n个非线性复数方程,对其作不同的应用和处 FO RT RAN 是 1957年发明的用于科学计算的

语言理,就形成了不同的潮流计算方法。其中, N ew

ton个工程数学运算函数,可实现潮流计算中的矩阵求.70141E

+38

[ 15 ]。要达到题目所要求的计算精积、求逆、稀疏矩阵形成、复数运算以及初等数学运 算等[ 1]。MA

T

LA B语言允许用户以数学形式的语 度，且兼顾矩阵程序设计的难易程度 ,MA

T LA

B则成为

言编写程序 ,其比 BASIC 语言和 FO RT RA

N等更

首选潮流计算的计算机语言。对于大矩阵的潮流计 为接近书写的数学表达格式 ,且程序易调试。在计

算 ,M A

T LAB提供的 M文件可将输入矩阵按格式

算要求相同的情况下 ,使用 MA

T LAB编程 ,工作量

先写入一个文本文件,在编程时 ,按文本文件名在命

将会大为减少。

令窗调用 ,大矩阵就被输入到内存中了。MA

T LAB 3

基于 MA

T LAB的电力系统潮流计 也能直接创建复数矩阵,这两点也是 BA

SIC

,(2)求系数矩阵 B

′, B ″的逆阵,计算各节点电压

FO RT

RA

N 算 的相位角 语言不可比拟的。Δδ。相位角 iΔiδ计算公式为

:

P-Q分解法计算电力系统的潮流分布 ,其

试用

-(k)

i步骤为:

-(B ′)(ΔP

(k)/ U

(k))=(U

式中 , ΔP

(k), U

(k)为已知量,相位角 Δδ的计算主(1)形成系数矩阵 B ′, B ″(设该矩阵为

4×4矩

i要(k)Δδ)是矩阵的求积运阵)。

算

。AMA

T L

B和 BA

SIC语言都用命令 inv

(B)或 a

1a

2…

a 14 IN

V

(B)来实现矩阵的求逆功能,B

′=B

″= a

a

…

MA

T LA

B和 … … … …

a 24 BAS

IC语言求积运算均与数学书写格式一致 ,但 a

a

…

BAS

IC语言必须对矩阵进行 MA

T说明 ,而且执行

a 44

在程序设计上 ,用 MA

T LA

B语言编写程序形

时间相应较长 ,计算精度较低。FO RT

RAN 语言虽

成的系数矩阵 B

′和B

″,远比 BASIC

,FO

RT RA

N简

然在参考资料上提供矩阵求逆、求积程序[ 1618

] ,但

单,矩阵输入、输出与数学书写格式相似。即在命令

其按线性代数的矩阵求逆、求积步骤编程[ ] ,编写窗口输入

: 的程序至少需用 1个三重循环语句 , 所以与

>>B

… a

(3)相比计算平衡节点功率和线路功率MA

T LA

B ,工作量大而效率低。

=[

a

1a

… a 2 2a

a 1平衡节点功率为 …

a

4]

再在命令窗口输入 >>B

=,则窗口将显示出 B

′, B ″矩阵。

… a

… … … a

4

2￣S

s

=

+Q

线路功率为

·

＊·

U s is

i =P 1 ＊

Y

U

i =1

n

∑

￣S

ij

= U

iI

=P

ji

ji

+Q

ij

平衡节点功率和线路功率的计算属复数运算。MA

T LA

B和 FO RT

RAN 语言都提供复数功能语 在 BASIC

, FO RT RAN 语言编程时 , 必须进行

句[ 15 ],MA

T LAB 以数学上的复数书写格式编写程 矩阵说明 , BASIC 用 DIM B(4, 4)语句说明矩阵，序 ,方便而且不容易出错;而 FO RT

RA

N必须对复

F ORT

RA

N用 DOU

BLE

PRECISION

B(1 ∶4

, 1 ∶4

数变量进行)

CMP LX语句的复数类型说明[

],显

语句同时说明矩阵和矩阵精度;在建立矩阵时, 得较为繁琐。BA

SIC不提供复数功能语句 ,一般将实

BASIC

,F

ORT RA

N语言用 REA

D语句和 DA

TA 语 数、虚数分开计算 ,最后用输出语句写在一起 ,所以 句输入矩阵;FO RT

RAN 语言用 WRIT E语句输出 一般不用 BASIC 语言编写复数运算程序

。矩阵,而 BASIC 语言只能用二重循环语句输出二维

另外 ,MA

T LA

B可以提供潮流计算中稀疏矩阵

· ·＊

126

西北农林科技大学学报(自然科学版)

第 32卷 的建立命令 spconvetr,从而将外部数据转化为稀疏 矩阵,而且 MA

T

LA B函数 lu也可直接实现 L

R三 角分解[了

方便。

一步。矩阵输入、输出格式简单 ,与数学书写格式相

似;以双精度类型进行数据的存储和运算 ,数据精确

;潮流计算中复杂矩阵的输入问题可通过创建 M文件来解决;MA

T LA B称为矩阵实验室 ,其能进 行潮流计算中的各种矩阵运算,包括求逆、求积和矩 19 , 20

],从而为现代电力系统潮流计算提供度高 讨

论

阵 L

R分解等 ,其程序的编写也因 M A

T LAB提供 了许多功能函数而变得简单易行。另外 , MA

T LAB

稀疏矩阵技术的引入 ,使电力系统潮流计算由传统 方法转变为优化算法成为可能。通过与 BA

SIC, FO RT RA

N语言的比较,基于 M A

T LAB的电力系统潮流计算使计算机在计算、分 析、研究复杂的电力系统潮流分布问题上又前进了

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-Pow

er

flow

computaino

of

the

electir

pow

er

system

based

on

MA

TLA

B

1GNAHZ

Ning, JIANG

Hong

-mei

,ZHANG

Wei

(1

Colge

of

Water

Resocru

and

A

rchlarueti

E

ngiren

, Northwest

A

&F University, Yanglin, Shanxi

71210

, China

;

Computer

Rom

of

High

Schol

in

Hami, Ham i, Xinj

iang

83900, China)

Acartsb

:Wit

h

the

devolpment

of

the

computer

langseu

in

rectn

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,t

he

reshcra

of

M A

T LAB

power wolf

algohmtirs

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.T

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paper

, using

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-Q

method

, analy

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of

BA

SIC

, FO RT RAN

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and M A

T LAB

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T LAB w

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model

const

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in

pow

er

flow

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, bring

up

6.基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇六

1 语音信号的采集

课题使用麦克风录取声音, 通过声卡转换器进行格式转换, 然后得到MATLAB环境下的.wav文件。在MATLAB环境下对原始语音信号进行了抽样, 并在时域和频域进行了对比, 结果如图1所示。

2语音信号的分析

语音信号幅度值的变化一般用短时能量显示, 鉴于短时能量对高电平非常敏感, 可以采用短时平均幅度用来表征语音信号能量大小, 结果如图2所示。两者的主要区别在于计算时取样值的大小不同, 但这些参数在处理时对取样值都做平方处理, 在一些应用上可能会带来一些好处。图3为语音信号的语谱图。

3 语音信号的加噪和滤波处理

图4为原始和加噪之后信号波形和频谱对比, 从图中可以看到, 加了噪声之后的信号, 频谱明显发生了变化, 幅值明显增大。通过sound函数可以听到明显的杂音, 通过调整加噪声的幅度值倍数大小可以改变原始语音和噪声的比例, 实现各种效果的加噪。图5和图6为分别设计FIR和IIR滤波器对加噪后的信号进行滤波分析的比较。在FIR滤波中, 滤波后的波形与加噪之前的很接近, 语音信号变化不大, 但仍存在杂音;在IIR低通滤波中, 可听辨出明显不同的滤波效果, 较FIR低通的音质效果明显提高, 杂音减少。

4 语音信号的处理和GUI界面的设计

回声和添加背景音乐语音特效的处理结果如图7和图8所示, 处理前后信号发生明显变化, 通过sound函数可以感受不一样的听觉效果。综合以上, 课题设计了GUI人机交互界面操作平台, 如图9, 可以方便地实现对语音信号的采集分析和处理。

5 结语

课题基于MATLAB完成了对语音信号的仿真和处理, 在时频域方面进行了分析, 通过人为添加噪声和滤波进行分析, 通过DSP技术进行了特殊效果处理, 最后设计了GUI界面对语音信号的各模块处理功能进行了集成。

摘要：基于MATLAB平台对语音信号进行了仿真与处理, 包括对语音信号的录取和导入, 信号时域和频域方面的分析, 添加噪声前后的差异对比, 滤波分析, 语音特效处理。最后基于GUI技术完成了系统界面平台的设计。

关键词：GUI,语音信号处理,滤波,加噪

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7.基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇七

Matlab软件主要用于数值的计算以及进行系统仿真。主要特征有运算语言基本和数学语言保持一致，以矩阵作为基本运算单元，将各种运算操作罗列其中，功能强大；拥有完善的绘图能力，能够进行编程和可视化运算；还备有很多能够满足较多学科领域使用的工具箱，还利用了人工神经网络知识，创造了很多像线性以及非线性等一系列计算函数，也给出了对网络权值的改动要求，进行网络上的练习，满足使用人员的各种需求，根据实际的参数和所给条件寻找满足要求的工具箱，更好的对神经网络进行合适设计。

Matlab在汽轮机故障诊断中的运用

a网络结构及参数选取

选择其输入元汽轮机一般9带出现的故障特征，即输入数9元选择；选择网络隐藏层个数是10个样本的输入，输入层单元有9个，所以他们只能9 ×10矩阵，所以选择隐层只有10，然后根据过程来确定网络训练过程相比，选择网络输出10元的样本的原因问题，因此BP网络的输出10元。网络训练样本提取处理现场采样信号的主要来源的汽轮机故障样本用于训练网络；得出样本的输出目标，输入和I / o工人神经网络结合的形式，并使故障模式类型和映射关系的失败的原因。

基于人工神经网络的汽轮机故障诊断系统

a系统概况

Matlab算法和仿真能力很强，但要求其在Matlab的工作环境。因此，为了方便使用，它将直接使用信息技术的应用在环境应用数据库管理功能是人工神经网络的基础上获得形状好汽轮机故障诊断系统。主要输入，神经网络数据库、操作专家系统的数据库模块和输出模块，然后由系统获得的exe文件直接在Windows系统中运行。

在操作的过程中，软件应该建立它的第一个人工神经网络：输入从人工神经网络的结构参数、单元类型的数量，分别为输入、隐层和输出层三层，输入层、隐藏层，隐藏层和输出层之间的权值。Matlab系统后上面的值是指所有检查和输入一个接一个，即使命名成功建立了良好的人工神经网络。

bBP网络的结构设计

使用人工神经网络诊断故障时，应该知道和理解BP网络的结构。测量系统故障点输入网络节点的最低要求，定义节点的输入也可以，当然，适当的治疗和重用方法获取数据的测量数据。结合网络输出节点应该区分类型的失效模式来确定它的输出节点数，系统如果没有原因和故障（N）状态两个点方法，其输出节点数应该为N + 1。失败的故障诊断的人工神经网络只会有培训目标表明，输出节点的“1”，显示“0”代表其无故障。和在选择网络隐层神经元数m是相对困难，m值较大的事故会发生，所以网络连接权重数增加，反过来，导致他们的训练难度，太小，会使其精度是不准确的。因此，在开始阶段的学习网络设置最佳数量的隐层神经元数量的输入节点和网络几乎一致，没有很大的区别，这有利于学习网络调整的过程中是很容易的。

汽轮机故障特征的提取

准确的现象是由于机器无法提取故障特征的数据，或者人们使用更少的等待识别的故障信息。所以应该首先提取建立故障诊断系统在机器前面的故障信息反映了样本的特征，这是主要的故障诊断基础数据。汽轮机一般的机械振动故障：错了，动态不平衡，油膜，气动夫妇，转子径向磨削。轴承座松动，飙升，从松散的轴承刚度、共生和推力轴承损伤10种失败。检测故障信号的提取，当汽轮机涡在每个测点的振动传感信息，针对不同形式的统计分析使用频谱能量谱或小波包技术，提取故障信号的频谱结构，添加一个可以反映故障的特征向量模式样本。其故障模式特征值从每个频带的信号频谱能量分布值，使人工神经网络训练样本内容可以产生，然后网上培训。

运行结果

使用安操作后的输出输入的数据结构可以在专家数据库，将会有一个“系统诊断结果失败，非常抱歉，请确认输入数据的错误，然后找出问题的原因，最后再次样本训练”。

分析失败的原因，数据后安的Matlab环境培训已经完成，样品，然后新的人工神经网络类似的故障检测，将结果。进行定期培训和诊断系统可以扩大系统的使用范圍和精度，并提高人工神经网络的优势，更好地为我们服务。

结语

实际检测到的数据网络诊断结果显示，汽轮机组的振动故障诊断方法的一个发电厂可以利用故障分类。还有可以将小波与神经网络一起作为故障诊断的一种方法，这样的效果会更好。实践也证明了，Matlab设计汽轮机振动故障诊断识别的基础上，有一个相对简单的操作方法，一般电厂员工的青睐，因此，工程实用价值很高。

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8.港口设备故障记录与分析系统 篇八

0 背景 在港口的现场操作中,由于设备故障造成的停机、换机对现场生产影响很大,直接导致操作效率降低,某些特殊情况甚至可能影响船舶离港.为应对此类问题,广州南沙海港集装箱码头有限公司技术部建立设备故障记录和分析系统,对故障记录与分析工作进行优化,统一抢修故障内容描述,将抢修故障分为机构、系统、类别、停机时间、频率等几大类,将计划维修保养分为类别、内容、性质、停机时间等几大类.

作 者：赵健宇 ZHAO Jianyu  作者单位：广州南沙海港集装箱码头有限公司 刊 名：集装箱化 英文刊名：CONTAINERIZATION 年，卷(期)： 20(4) 分类号：U6 关键词： 

9.基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇九

结合多年研究和实践,对电控发动机的故障诊断和排除进行地分析、介绍,便于专业及维修人员进行参考,并提高工作效率.

作 者：潘海涛 史雷鸣 PAN Hai-tao SHI Lei-ming 作者单位：潘海涛,PAN Hai-tao(郑州日产汽车有限公司,河南,郑州,450009)

史雷鸣,SHI Lei-ming(河南交通职业技术学院,河南,郑州,450052)

10.基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇十

关键词 跳频 仿真 频率估计 短时傅立叶变换 小波分析

由于具有变化频率，速度快、精度高、灵活、易于扩充等优点，跳频信号具有广泛的应用性，尤其是在现代军事通信中，电子对抗，跳频通信具有较强的抗检测、抗干扰能力，是非常重要的，因此分析跳频信号时域信号分析的难点，而时频分析是处理非平稳信号的一种有效的方法，近些年来在理论上取得重大的进展，时频分析方法又可以分为线形和非线形时频两类 ，其中小波变换和短时傅立叶变换属于线形；Wigner—Ville分布属于非线形时频 [12]。

这些方法中，有的需要知道跳频参数，有的适用范围受限，因此需要针对具体情况选用合适的检测方法。传统的快速傅立叶变换是频谱分析中最常见的方法，它通过将信号变换到频域来分析频率分量。短时傅立叶的缺点是只要信号的采样率确定，窗函数选定，频谱的分辨率就固定了，而且如果有多个频谱分量，则不能在时域上加以分别，所以它不是一种动态的方法。而小波变换作为一种新兴的数学工具，在时频域具有灵活的处理能力[10—11]，很好的解决了上述问题，所以在跳频信号的频率参数估计方面得到了越来越多的关注。本文重点就短时傅立叶变换原理和小波变换用于跳频频点的估计原理做了简要介绍，并对两种分析方法进行了仿真比较。

1 短时傅立叶变换原理（STFT）

1.1 傅立叶变换（FT）

1.2 短时傅立叶变换（STFT）

为了克服傅立叶变换（FT）的缺陷，短时傅立叶变换（STFT）是研究非平稳信号最广泛使用的方法。假定我们听一段持续1小时的音乐，在开始时有小提琴，而在结束时有鼓。如果用傅立叶变换分析这个1小时的音乐，能量频谱将表明对应于小提琴和鼓的频率的峰值。能量频谱会告诉我们有小提琴和鼓，但不会给我们小提琴和鼓什么时候演奏的任何提示。最简单的做法是把这1小时划分成每5分钟一个间隔，并用傅立叶变换分析每一个间隔。在分析每一个间隔时，就会看到，小提琴和鼓出现在哪个5分钟间隔。这就是短时傅立叶变换（STFT）的基本思想：把信号划分成许多小的时间间隔，再用傅立叶变换分析每一个时间间隔，以便确定在那个时间间隔存在的频率。这些频谱的总体就表示了频谱在时间上是怎样变化的。

因此，通过一个窗口来观察信号，就引出了STFT。给定一个时间宽度很短的窗函数r（t），令窗滑动，则信号x（t'）的STFT定义为：

（3）

就是说信号x（t'）在时间t的STFT就是信号x（t'）乘上一个以t为中心的“分析窗”r*（t'—t）所做的傅立叶变换，等价于取出信号在t'=t附近的一个切片，故是x（t'）在分析时间t附近的局部频谱。

1.3 STFT窗函数窗口宽度的选择

要想获得高的时间分辨率，则选短窗r*（t）；要想获得高的频率分辨率，则选长窗r*（t）若以Δt表示时间分辨率，Δf表示频率分辨率，则两者乘积满足Heisenberg不等式：

这意味着既有任意小的时间间隔又有任意小的带宽的窗函数不存在。幸运的是高斯窗函数为Heisenberg不等式取等号意义下的最优窗函数：

总之，取窗函数的大体原则：窗的宽度应该与信号的局部平稳长度相适应。

1.4 基于STFT的信号重构和STFT的缺陷

亦即：

这一关系指明了如何从其STFT恢复或综合信号x（t'）。因STFT的时—频窗口大小固定不变，是一个放大倍数固定的显微镜，只适合分析所有特征尺度大致相同的各种各种过程，窗口没有自适应性，不适合分析多尺度信号过程和突变过程。下面我们需要分析另一种方法，小波分析。

2 小波分析估计跳频频率原理

2.1 小波变换定义

2.2 Morlet小波变换

对信号进行小波变换就相当于信号通过了多个中心频率，带宽不同的带通滤波器[9]，因此，信号与不同小波函数进行变换的效果是不同的。本文采用Morlet小波来作为信号分析的母小波。它的时域与频率形式如表1：

由表1可知，Morlet母小波的时间窗口中心为ω=ω0=2πf0，频率窗口中心为，其对应的小波函数为： （14）

因此，用Morlet小波对跳频信号进行小波变换的表达式是：

（15）

2.3 信号频率与小波时频域有效宽度的关系

设Morlet母小波ψ（t）的时间有效宽度为Dt（常数），频率有效宽度为Dω（常数），则其对应的小波函数ψa，b（t）的中心为b+at0，有效宽度为Dst=aDt，a，b（ω）的中心为ωc=，有效宽度为Dsf=。 根据小波函数的恒Q性[10]，可定义常数c和d：

我们知道，小波函数的时间有效宽度Dst决定着不同频率信号进行小波变换后在时域上的扩展，Dst越小，小波变换结果的时间分辨率越高；同理，小波函数的频率有效宽度Dsf决定着不同频率信号进行小波变换后在频域上的扩展，Dsf越小，小波变换结果的频率分辨率越高。但是Dst和Dsf是相互矛盾的，所以必须根据具体信号来选择合适的时间或频率有效宽度。

不同的小波中心频率ω0对Dst和Dsf有直接作用。设信号的角频率为：

11.基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇十一

1 OFDM基本原理

OFDM系统原理如下图所示:

发送端, 输入的高比特流通过调制映射产生调制信号, 经过串并转换为并行的低速子数据流, 每N个并行数据构成一个OFDM符号。插入导频信号, 然后经快速傅里叶反变换 (IFFT) 对每个OFDM符号的N个数据进行调制, 得到时域信号的公式为:

公式 (1) 中:n为时域上的离散点;m为频域上的离散点;N为载波数目。为了有效抑制码间干扰, 通常要在每一OFDM符号前加上保护间隔 (Guard Interval) 。加保护间隔后的信号可表示为式 (2) , 然后通过并串变换和数模转换, 通过天线发送出去。

在接收端对接收到的信号进行处理, 完成定时同步和载波同步。经模数转换, 串并转换后的信号可表示为下述公式:

然后, 再去除CP后进行FFT解调, 同时根据插入的导频信号进行信道估计, 接着将信道估计值和FFT解调值一同送入检测器进行相干检测, 检测出每个子载波上的信息符号, 最后通过反映射及信道译码恢复出原始比特流。去除循环前缀 (CP) 经FFT变换后的信号可表示为:

式中:Z (m) 为符号间干扰和载波间干扰z (n) 的傅里叶变换;H (m) 为信道h (n) 的傅里叶转换;W (m) 是加性高斯白噪声w (n) 的傅里叶变换。

2 OFDM系统中参数选择及调制方式

OFDM基本参数的选择各种OFDM参数的选择就是需要在多项要求冲突中进行折衷考虑。首先要确定三个参数:带宽、比特率以及保护间隔。通常保护间隔的时间长度应该为应用移动环境信道下时延均方根值的2~4倍。为了最大限度地减少由于插入保护间隔所带来的信噪比损失, 希望OFDM符号周期长度要远远大于保护间隔长度。在实际应用中, 一般选择符号周期是保护间隔长度的5倍, 这样由于插入保护比特所造成的信噪比损耗只有1 d B左右。

2.1 子载波数

子载波数可以由信道带宽、数据吞吐量和有用符号持续时间T所决定:N=1/T

子载波数可以被设置为有用符号持续时间的倒数, 其数值与FFT处理过的数据点相对应。

2.2 有用符号持续时间

有用符号持续时间T对子载波之间间隔和译码的等待周期都有影响, 为了保持数据的吞吐量, 子载波数目和FFT的长度要有相对较大的数量, 这样就导致了有用符号持续时间的增大。

2.3 调制模式

可以通过改变发射的射频信号幅度、相位和频率来调制信号。比如QAM调制包括4QAM, 16QAM以及64QAM等, 因此每个星座点分别所对应的比特数量为2, 4, 6。采用这种调制方法的步长必须为2, 而利用MPSK调制可传输任意比特数量如1, 2, 3, 分别对应2PSK, 4PSK以及8PSK, 并且MPSK调制的另一个好处就是该 (调2制) 方案是等能量调制, 不会由于星座点的能量不等而为OFDM系统带来PAPR较大的问题。

3 仿真

根据前面的理论分析和OFDM系统参数对性能影响的研究, 下面通过OFDM在MATLAB中具体的仿真结果进行分析说明

仿真条件:并行信道传输数128, FFT长度128, 载波数128, QAM调制, 符号速率256kbps,

图1对16-QAM仿真图:

QAM调制与QPSK调制的仿真结果比较

由上面两图可以看出, 随着信噪比的不断增大, 误码率在不断地减小, 而且输入信号的信噪比越大, 影响越明显。究其原因, 主要是随着信噪比的增加, 噪声功率有所下降, 因而误码率也随之下降。

下图为高斯白噪声信道下的BER和PER仿真图:

在高斯白噪声和衰落环境下BER和PER的仿真图:

4 总结

通过理论分析和MATLAB仿真, 可以缩短系统的开发周期和开发成本。在系统硬件开发前, 通过系统仿真可以了解重要参数的设置对系统性能的影响, 通过调整参数使系统最优化。同时, 在仿真过程中也遇到了一些问题, 需要进一步解决参数的进一步优化及如何与高效信道编码技术相结合的问题, 从而使OFDM更加适应未来通信发展的需要。

参考文献

[1]M.C.Jeruchim, Philip.Balaban, and K.S.Shanmugan, Simulation of Communication Systems, Kluwer Academic/Plenum Publishers, 2000.

[2]John G.Proakis, Masoud Salehi, Contemporary communication systems using MATLAB, PWS Publishing Co., 2000.

[3]W.H.Tranter, K.S.Shanmugan, T.S.Rappaport, K.L.Kosbar, Principles of Communication Systems Simulation with Wireless Applications, Prentice Hall, 2004.

[4]王立宁, 乐光新, 詹菲.《MATLAB与通信仿真》, 人民邮电出版社.

12.基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇十二

摘要：本文主要对客车转向行驶时的侧翻情况进行了研究，建立了客车在行驶过程中转向时的数学模型，推导出了稳态转向时客车侧翻临界车速的计算公式，并结合某客车结构参数和路面附着条件进行了仿真，得出了通过提高客车的抗侧翻性能来提高客车的行驶稳定性的方法。

关键词：客车；转向侧翻；稳定性分析；Matlab

0 引言

侧翻是指汽车在行驶过程中绕其纵轴转动900 或更大的角度，以至车身与地面相接触的一种极其危险的侧向运动。汽车侧翻可分为两类：一是曲线运动引起的侧翻，二是绊倒侧翻。

曲线运动引起的侧翻是指汽车在道路（包括侧向坡道）上行驶时，由于汽车的侧向加速度超过一定限值，使得汽车内侧车轮的垂直反力为零而引起的侧翻[1]。

客车车身和质量比轿车等小型车大得多，而且其地板一般都比较高，在转向侧翻事故中，车体将向某一侧倾倒，与地面接触的侧围会产生变形，结构的变形可能侵入车厢内部，对乘客造成伤害[2]。而侧翻试验是较难实施的且成本较大，本文通过建立客车侧翻的数学模型，在Matlab 中进行仿真来分析影响客车转向行驶稳定性的因素，从而为提高客车的操纵稳定性，在设计阶段保证客车结构参数的合理性，避免车辆行驶发生翻车事故奠定理论基础。车辆转向侧翻模型

客车的前后桥一般采用非独立悬架，在行驶过程中遇到弯道或避开障碍物时需要紧急转向。转向时车辆的质心绕转向瞬心C 作圆周运动。Rr 为转向瞬心C 到后内侧车轮的转向半径；Rf 为转向瞬心C 到前内侧车轮的转向半径；θ 为汽车转向轮转过的角度；L 为汽车的轴距；汽车质心到前桥距离为a；汽车质心到到后桥距离为b。车辆转向时的受力分析

车辆在转向时，会使车身向外侧倾斜，Gs 为客车车身的悬挂质量受的重力；Gu1 为客车前桥的非悬挂质量受的重力；Gu2为客车后桥的非悬挂质量受的重力；Fyi1，Fyi2 分别为地面给转向内侧车轮的侧向附着力；Fyo1，Fyo2 分别为地面给转向外侧车轮的侧向附着力；Fzi1，Fzi2 分别为地面给转向内侧车轮的支撑反力；Fzo1，Fzo2 分别为地面给转向外侧车轮的支撑反力；Fsy 为客车车身的悬挂质量转向时产生的侧向力；Fuy1，Fuy2 为前后车桥非悬挂质量产生的侧向力。

根据车辆转向时受力分析，为路面附着系数。设Ms 为客车车身的悬挂质量；Mu1、Mu2 为客车前后桥的非悬挂质量；asy 为客车车身悬挂质量的侧向加速度；auy1、auy2 为客车前后桥非悬挂质量的侧向加速度。车辆转向临界侧翻状态分析

转向时由于悬架的弹性变形，车身悬挂质量会向转向外侧倾斜，使其质心发生了偏移，同时使车身发生了侧倾。设侧倾角为φ，侧倾角的大小与悬架的侧倾角刚度有关。由于车轮的弹性变形，内侧车轮与外侧车轮的载荷发生了转移，外侧车轮载荷变大，内侧车轮载荷变小，这样内侧车轮弹性变形减小，外侧车轮弹性变相增大，车桥也发生了微小侧倾，如图3所示。当转向内侧车轮所受地面支撑反力为零时，可认为汽车已达到转向侧翻的临界状态[3]。Fzo 为转向时外侧车轮所受的力；Fzi 为转向时内侧车轮所受的力；φ 为转向离心力引起的车身侧倾角；Fyi，Fyo 分别为地面对内、外侧车轮的侧向反力；B 是轮距；hg 是车身悬挂质量的质心高度；hr 是非悬挂质量的质心高度。影响车辆侧翻稳定性的因素分析

影响车辆侧翻稳定性的因素可分为两大类：一是与汽车设计参数有关的部分，如车辆整备质量、质心高度、车辆轮距和悬架特性参数等；二是与车辆行驶状态有关的部分，如车辆行驶速度、转弯半径、路面附着系数、驾驶员操作等[5]。利用Matlab 软件，分析了质心高度、轮距、侧倾角、转向半径、路面附着系数对车辆转向侧翻的影响。

4.1 质心高度、轮距汽车质心高度与汽车侧翻系数成非线性关系，影响汽车质心高度的因素很多并对汽车侧翻阈值影响很大。而质心高度与车辆的载重、悬架特性、车速等相关。轮距受汽车最大车宽限制，其值是一个定值。由式(15)可知，轮距对汽车侧翻的影响很大，轮距的增加可提高汽车的侧翻稳定性。质心高度越高，车辆临界稳定车速越低。质心高度的降低，有利于提高汽车转向行驶的临界稳定车速，因此有效地降低客车的重心，有利于提高其转向稳定性。

当质心高度一定时，增加轮距可以提高车辆的临界稳定车速。因此，在满足设计要求的同时，尽可能的增加轮距对于提高客车转向稳定性有一定的意义。

4.2 侧倾角在研究车辆侧翻稳定性时，引入“侧倾中心”的概念，即将车身相对地面转动时的瞬时轴线称为车身侧倾轴线，该轴线通过汽车前、后轴处横断面上的瞬时转动中心为侧倾中心，它的位置取决于悬架系统的结构和特性参数等。车身的侧倾角与临界车速的关系如图5 所示。侧倾角与临界车速基本成线性关系，车身的侧倾角越小，车辆转向临界稳定车速越大。车辆转向时车身侧倾角与悬架的侧倾角刚度有关，悬架的侧倾角刚度越大，车身发生侧倾的角度越小，故增大悬架的侧倾角刚度，可以改善车辆侧翻稳定性。

4.3 转向半径由式(8)可知，转向半径对侧向加速度影响很大，转向半径越大，侧向加速度越小，对于车辆的转向行驶稳定性越有利。转向半径与临界车速的关系可以看出随着转向半径的增大，车辆临界稳定车速也增大。可见，汽车行驶时转向过急，导致转向半径过小，车辆可能发生侧翻的速度越低，即在低速时就可能发生侧翻的危险。

4.4 路面附着系数路面条件对于车辆转向稳定性也起着至关重要的作用，车辆在何种路面上行驶对于转向的安全也起着决定性的作用。路面附着系数与临界车速的关系从图7 中可以看出随着路面附着性能的改善，客车转向行驶的临界稳定车速随之增加，转向轮转过的角度越小，临界车速越大，行驶越安全。故改善客车行驶的路面环境有利于提高其行驶的稳定性。结论

本文建立了客车在行驶过程中转向时的转向模型，推导出了车辆侧翻临界车速的计算公式，结合相关的车辆结构参数和路面附着条件在Matlab 中进行了仿真。通过对仿真结果得出了结论：增大车辆的轮距、降低车辆的质心高度、增大车辆悬架的侧倾角刚度、增加转向时的半径、改善路面附着条件，可以提高车辆转向时的侧翻稳定性。这为车辆在结构设计阶段改善其行驶稳定性奠定了理论基础。

13.基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇十三

张 军

（宿迁市泗阳县供电公司，江苏 泗阳 223700）

摘要 直流系统在变电站中为控制、信号、继电保护、自动装置及事故照明等提供可靠的直流电源，它还为开关操作提供可靠的操作电源。直流系统的可靠与否，对变电站的安全运行起着至关重要的作用。本文对220KV泗阳变电所发生的几起直流系统故障实例，结合当时的分析处理情况，进行了较为详细的总结，为今后可能发生的类似情况提供了分析处理的参考方法。关键词 直流系统 故障 分析 处理

引言

直流系统在变电站中为控制、信号、继电保护、自动装置及事故照明等提供可靠的直流电源。它还为开关操作提供可靠的操作电源。直流系统的可靠与否，对变电站的安全运行起着至关重要的作用，是变电站安全运行的保证，是变电站的重要组成部分，必须高度重视直流系统，必须把对直流系统的日常检查、测试以及维护工作放在重要位置，并在发生各类事故的时候优先考虑恢复直流系统的供电。

以笔者工作的220KV泗阳变电所为例，自2007年11月至2008年9月，短短的十个多月的时间，就发生了6次直流系统故障，其中有3次较为严重，直接危胁到对直流负载的可靠供电以及系统设备的安全运行，在变电站二次设备故障中占据相当大的比例，必须引起我们的高度重视和警觉。2008年9月，220KV泗阳变电所1＃充溃电屏直流系统绝缘降低，最后经查为220KV泗电线4977开关端子箱至开关汇控柜的直流电缆外绝缘破坏，导致电缆对地放电烧毁。2008年8月，1＃充电屏1＃充电模块故障，导致1＃充电屏跳闸。2008年9月，1＃充电屏整流器故障，连接的蓄电池组对直流负载供电，导致蓄电池电压快速降低等等。导致这几次故障产生的原因各不相同，在直流系统故障中具有典型性，本文根据现场值班员以及继电保护工作人员当时的分析处理情况进行总结，并对照直流系统的相关管理规定和处理原则，进行初步分析和探讨，希望起到抛砖引玉的作用，和同行进行交流提高。

1泗阳变电所直流系统概述

220KV泗阳变电所直流系统采用烟台东方电子生产的DF0210A型装置系统，包括充馈电屏、电池屏，对全所直流负荷供电以及对电池组进行充电。正常时从所用电屏分别供交流电源至两组充馈电屏，两组充馈电屏同时运行，各自带部分直流负载，2＃直流屏上的直流联络闸刀（1、2组联络闸刀）断开。一组充馈电屏供35KV控制、中央信号、事故照明、220KV控制用，二组充馈电屏供直流电压表、故障录波器、遥控屏电压监视以及1＃、2＃主变控制用。当其中一组充馈电屏停用或由于其它原因，导致本屏不能代供直流负载以及对本屏蓄电池组进行充电时，应将2＃直流屏上的1、2组联络闸刀合上，转由另一充馈电屏代供。为保证停役的充电装置检修工作的安全，必须分开相应的充馈电屏在所用电屏上的交流电源空气开关以及整流输出空气开关。直流充馈电屏上还装设了微机接地巡检仪，可供及时发现直流系统绝缘降低、直流接地等故障。

以上为本所直流系统原理图

2直流系统故障情况处理及分析 2.1 1＃充馈电屏直流系统绝缘降低

当日恰逢本文笔者当班，微机接地巡检仪报警，绝缘降低指示红灯闪烁，装置显示：1＃充馈电屏直流正对地电阻为0，负对地电阻为-999.9K；正对地电压0V，负对地电压-108.5V。微机接地巡检仪内监测的各分支对地电阻均在正常范围。故障发生时间为上午9：30左右，天气晴朗干燥，变电所直流系统及二次回路均无人工作。

笔者立即汇报继电保护专职人员，然后会同班内其他人员对变电所内的直流系统部分进行了初步排查：

1、考虑到充馈电屏经常发生充电模块故障，有无可能是其导致的故障发生？而实际1＃充馈电屏上的充电模块均正常运行，无故障现象，又对屏内的直流小母线进行了检查，在可视的范围内没有明显的放电及接地现象，故这种可能被排除。

2、对220KV及110KV室外端子箱、机构箱进行重点排查，虽有部分端子箱内水气较重，导致接线端子排有水珠较潮湿，但并没有放电及接地痕迹，端子箱及机构箱内也无小动物及其它异物可能造成接地。（为排除潮湿原因造成绝缘降低，把水气较重的端子箱门打开，进行通风晾干。）35KV室内端子箱也通过检查而被排除。

3、对继电器室的保护、自动装置以及控制电源等进行检查，无异常及接地现象。

4、到蓄电池室对第Ⅰ组蓄电池组进行检查，没有发现放电及接地现象，电池屏上的电池检测仪显示每节电池电压正常。

继电保护工作人员到达现场后，笔者向其汇报了故障及检查排除情况。继电保护工作人员然后重新进行类似的检查，亦没有发现故障点。为了更进一步查明故障原因，继保人员和值班员商量后，决定先停用第Ⅰ组蓄电池。在分开第Ⅰ组蓄电池空气开关，将第Ⅰ组蓄电池退出运行后，经微机接地巡检仪重新巡检，故障没有消失，说明第Ⅰ组蓄电池组不存在故障。继保人员又决定将1＃充电装置从整流输出空气开关处进行隔离，检查充电模块及直流小母线有无故障。按照要 求，值班员合上2＃充馈电屏上1、2组直流联络闸刀，将1＃充电屏所供直流负载及第Ⅰ组蓄电池充电都由2＃充电屏承担，然后分开1＃充电屏上整流输出空气开关，但微机接地巡检仪的故障信号并没有消失。

为了经快查出故障，在汇报相关领导后，决定拉路查找。为了慎重起见，继保人员又分析了可能产生这种故障的原因：为什么微机接地巡检仪显示正对地电阻为0，各分支检测的对地电阻却正常？有没有无法巡检到的地方有故障存在？和微机接地巡检仪厂家联系，证实了这种可能性的存在。继电保护工作人员突然想起新上间隔220KV泗电4977、4978当初投运时，有关直流部分没有接入微机接地巡检仪。在厂家的指导下，在将泗电4977、4978直流部分接入接地巡检仪后，装置果然显示泗电4977间隔直流电阻较低。经继保人员排查，确定是开关端子箱到开关汇控柜的电缆存在问题。经过开挖，果然发现其中一段有放电烧焦痕迹。分析认为：当初新建施工时，电缆绝缘皮遭到损坏，恰好此处为两节钢管的接头处，绝缘降低引起电缆对地放电烧焦，导致故障发生。

经值班员和省调联系将泗电4977开关进行旁代停电后，对端子箱到汇控柜的这段电缆进行更换。恢复泗电4977开关正常供电后，直流系统绝缘降低故障现象消失，直流系统恢复正常。

2.2 1＃充电模块故障致充电装置跳闸

运行中的直流系统报警，经现场检查为1＃充电装置跳闸，所用电屏上供充馈电屏的交流电源空气开关没有跳闸，直流负载各空气小开关及蓄电池空气开关均在正常合位。为保证对1#充电屏上直流负载的可靠供电及第Ⅰ蓄电池组的正常充电，在分开1＃充电装置的整流输出空气开关后，合上2＃充电屏上的1、2组直流联络闸刀。根据相关现象，值班员首先将1＃充馈电屏后门打开检查，发现第Ⅰ组交流电源输入空气开关跳闸，在确信不会危及直流系统正常运行的情况下，将此交流输入电源空气开关试合闸。该空气开关立即跳开，同时1＃充馈电屏上的1＃整流模块后部有放电声音及冒烟现象，初步判定为1＃整流模块故障导致1#充电装置跳闸。汇报继电保护工作人员，在继保人员到达现场并取下1＃整流模块后，重新合上1#充馈电屏后交流电源输入空气开关，1#充电装置恢复正常。

2.3运行中1#充电屏整流器故障

运行中1#充馈电屏有语音提示“整流器故障”，值班员到现场检查后发现：1#充馈电屏上六组整流模块故障灯同时亮，交流电压及其他指示仪表显示均无异常。但从浮充电监测单元显示屏却发现对蓄电池的浮充电流为-3A，1#蓄电池组整组电压降低为220V左右，低于蓄电池组正常浮充电时的合格电压值，其中9#电池单节电压降为12.06V，电池检测仪巡检到此节电池时就出现报警。

根据出现的各种信号，以及浮充电流不正反而为负值，蓄电池的电压较正常浮充时有明显降低，值班员判定1#充电装置整流器出现故障，充电装置对蓄电池不再进行浮充电，1#充馈电屏上直流负载由本屏蓄电池组进行供电，可能故障时间较长致蓄电池组的电压降低超过限值报警。为了保证对1#充馈电屏上直流负载的可靠供电，防止蓄电池组因长时间放电电压过低而损坏，决定将1#充馈电屏上的直流负载改由2#充电装置代供，Ⅰ组蓄电池改由2#充电装置进行充电。在分开1#充电装置整流输出空气开关后，合上2#充馈电屏上1、2组直流联络闸刀，实现以上功能。继电保护专职人员根据故障现象试着将1#充馈电屏上的六 组整流模块一一取出，故障现象没有消失。后联系东方电子厂家，其工作人员到现场将装置系统的数据部分进行更改后，1#充电装置恢复正常运行。

以上是对笔者所工作的变电所最近一段时间发生的直流系统故障中的部分实例进行的分析，现场发生的远不止这些，故障的原因、现象也各不相同，但是都对直流系统的稳定运行产生不利的影响，必须引起我们的足够重视。

3对策及建议

3.1严把直流系统的施工验收

对新建、扩建以及改造工程，凡涉及到直流系统的部分，须制定详细的验收计划，严格验收，不留隐患死角。对某些细节也应考虑周祥，如各种直流电缆的外绝缘也必须在填埋、放线时做全面外观检查，防止人为损坏。增加和改造的直流系统分支在微机接地检测仪中及时添加、调整，做到和现场对应。3.2加强直流系统的巡视检测

值班员要加强对直流充电装置及整个直流系统的巡视检查力度，并定期检查测试，及时发现直流系统存在的安全隐患和故障，及早进行排查和恢复，保证直流系统的健康稳定运行。

3.3制定详细的直流系统故障处理预案

根据变电所直流系统具体情况，结合已经发生的各类直流系统故障实例，以及调度规程、现场规程对直流系统故障处理的要求，制定详细的直流系统故障处理预案，使之成为变电所直流系统故障处理的指导文书。3.4开展直流系统相关培训

鉴于直流系统在变电站中的重要作用，要通过技术培训、事故预想、反事故演习等形式，积极开展直流系统原理、故障原因分析及处理等培训工作。

4结束语

直流系统是变电站中最大的系统，也是故障发生最为频繁、查找及处理最为困难的系统。当值班员在现场遇到直流系统发生故障时，必须根据相关信息尽快做出判定，在无法自行处理且不能保证安全的情况下，须立即汇报继电保护专职人员，切忌盲目处理。本文探讨的几例故障的分析与处理尚有许多不足之处，请专家同行指正。

参考文献：

14.基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇十四

本文利用Matlab/Simulink仿真软件建立三相变压器精确模型, 对三相变压器的负载运行电流、短路故障时二次侧电流及空载合闸瞬间励磁涌流下一次侧电流进行仿真, 并进行特性分析。

一、三相变压器数学建模

为了对变压器的非线性特性的各种状态进行较准确的数字仿真, 本设计对三相双绕组变压器模型采用一、二次侧绕组磁链作为状态变量, 考虑铁心饱和因素, 建立了一种仿真模型。

一、二次绕组磁链的端电压方程为:

主磁链非饱和值表达式为:

磁链的饱和值和非饱和值的关系及饱和值表达式:

可推导出ψ1、ψ'2表达式:

根据上述方程可构建出三相双绕组变压器基本动态模型, 模型中是以磁链作为中间变量, 一、二次绕组端电压为输入量, 一、二次绕组电流为输出量。

二、Matlab/Simulink仿真建模

根据铁磁材料磁化曲线, 磁链差值查表模块是根据等式 (6) 计算而来的, 如图1 所示。

饱和磁链计算模块是根据等式 (7) 计算得出的, 如图2所示。

磁链计算模块是根据等式 (8) 和 (9) 计算得出的, 如图3 所示。

电流计算模块是以上几个模块综合模块, 由等式 (4) 和 (5) 计算而来的, 如图4 所示。

本设计所搭建的三相双绕组变压器仿真模块, 是在三个独立的单相变压器模块的基础上建立起来的。 其一、二次侧电压、电流关系式:

三相变压器特性仿真系统是由电源综合模块、 合闸模块、三相双绕组变压器模型、负载模块组成。 其中电源综合模块是三相电源模块与变压器一次侧连接关系的综合模块。 仿真模型中二次绕组终端连接负载模块, 采用电阻性负载模块。合闸模块是用于变压器空载合闸时设计的。 三相双绕组变压器特性仿真模型如图5 所示。 利用仿真模型对三相变压器正常状态负载运行电流、短路故障进行仿真。 同时, 对变压器空载合闸瞬间励磁涌流电流波形进行仿真。

三、三相变压器运行仿真及结果分析

在仿真采用Ode45s数字积分方式下, 可得到三相变压器负荷运行状态下二次侧电流波形, 波形如图6 所示, 可以看出abc三相电流波形为幅值相等、相位互差120°的正弦波。

b相短路时三相变压器二次侧的短路电流波形如图7所示, 可以清楚地看出短路相电流从数值上明显大于其他两相电流, 并且波形保持为正弦波。 由一次侧电压波形为正弦波, 二次侧电压波形为幅值为零的直线, 可以判定出短路确实存在。

三相变压器一次侧空载合闸瞬间的励磁涌流波形如图8 所示。 对于本设计的研究对象三相变压器而言, 由于三相电压相位互差120°, 所以合闸时, 总有一相电压的初相角接近0°, 则总有一相合闸电流较大。

四、结论

从上述的理论分析可以证明, 本设计所设计的三相变压器仿真模型在空载合闸瞬间情况下的励磁涌流仿真基本符合理想三相变压器空载合闸的效果。 其中模型中考虑到变压器铁心饱和情况, 使仿真模型具有理论可行性和实践性。

参考文献

15.基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇十五

关键词：汽车故障诊断；汽车故障诊断仿真实训系统；设计与实现；

1.引言

汽车故障诊断仿真实训系统的设计与实现对受训人员汽车故障检验技能的培训和提升有着重要作用，并受到全世界培训机构的重视。这种虚拟现实场景的系统模式，很好的满足了受训学员因为参与汽车故障诊断的机会少而难以提升检测技能的需求，从而让受训学员能够满足社会发展的需求。

2.现代汽车故障诊断方法

2.1人工检验方法

依靠维修人员的诊断经验，在不拆解汽车或者只是在局部拆解的情况下，借助一些建设的设备仪器，依靠维修人员丰富的知识积累，采用眼睛、手感、鼻子、耳朵等身体器官来确定汽车故障存在的原因并指出故障发生部位。可以说，人工检验方法是最简单也最原始的方法，具有很大的开发潜能性，即使现在科技突飞猛进，也不能替代人工检验方法，因为科技的使用也需要通过人员来完成，只有将科技技术检测建立在人员检测的基础上，通过人工检验对汽车故障有了初步判断和定性分析以后，才能更科的利用现代化科学技术。

2.2仪器诊断方法

仪器诊断方法是通过现代化检测诊断仪器，在不拆解和仅仅做局部拆解的情况下对汽车各种故障进行检测、分析，最终确定汽车故障的原因及存在部位。仪器诊断方法是当前常用检测方法中比较精确的方法。随着社会发展和技术进步，人们对汽车安全性、环保型以及舒适性要求的越来越高，对汽车故障诊断的要求也将越来越高。仪器诊断对汽车故障做出的精确定量分析正好满足了当下汽车故障诊断从定性分析向定量分析逐渐转变的需求，成为协助维修人员迅速有效诊断汽车故障的一种科学设备。

2.3故障码诊断方法

故障码诊断方法又被称之为电脑自诊断方法，在诊断过程中维修人员通过汽车电脑故障诊断仪器调取故障码之后，通过询问汽车生产厂家提供的维修手册中的故障码，并结合维修手册提供的诊断流程图对汽车故障进行诊断分析。故障码诊断是一种特殊的诊断方式，随着电子系统技术的发展，故障码诊断也将成为一种主流诊断方式，对汽车故障诊断有着重要作用。

2.4综合诊断方法

根据已经查明的汽车故障状况，在汽车结构原理之上，通过分析汽车故障原因分析汽车故障与故障之间的内在联系，从而确定汽车故障原因及存在部位，最后综合分析汽车故障。这种方法更多的适合于无故障码或者无电控系统汽车的故障诊断。传统模式下的汽车故障诊断法就是综合诊断法的基础。综合诊断法是最常见的一种方法，无论过去，现在还是将来，综合诊断法都将是一项具有重要意义的汽车故障诊断方法。

3.仿真实训系统的设计与实现

3.1虚拟现实技术的应用

VRML就是虚拟现实建模的一种语言工具，能够有效的帮助建立真实场景模型或者虚构三维世界的场景建模语言。这种软件主要通过计算机和网络技术得以体现，用该建模语言来实现虚拟场景时，一般是由小到大将所有场景计划成若干个小场景和片段，存在不同的文件中，最后根据指令将各个部分进行有效的链接，从而实现场景的再现。

3.2汽车仿真实训场景的实现

根据实训需要，建模主要包含了轿车、汽车举升机、尾气排放设备等，并采用3D实时渲染技术，场景可以根据需要进行360度旋转和缩放功能，实现了各个角度的切换，只要通过电脑就能进行全方位的场景互换操作，从而保证了仿真实训系统的实现。为了让维修人员能够感受到身临其境的真实感觉，实训场景建模举升机场景周围要配有工具车、排放设备、零件柜、工作照明灯、气动设备等等；在驾驶室模型构建方面，操作感受要尽量体现真实驾驶的环境；发动机舱模型是学习人员实训最多的地方，其仿真效果要更加完善，这些场景能够让学习人员通过实训场景快速找到真实状态。

3.3系统建模的实现

3.3.1建模工具以及建模精度

为了能够确保所建立的虚拟现实环境更加真实，让受训人员能够感受到与真实场景一样的气氛，在建模过程中要对模型进行等级划分，不同的模型不不同的等级表示，这样可以减少开发工作量，同时减少运行过程中的复杂程度，对提高建模的运行和质量都能带来更多优势。在分级过程中，可以将建模分成三个等级，依次为A、B、C三级。A级最高，B级次之，C级最低。维修场地这样的模型场景就可以将其分布在C级；车辆外观、车辆内饰等对虚拟场景有一定的影响，可定义为B级；车辆零部件、检测仪器以及维修工具这些直接关系建模质量和使用效果的场景则要定义为A级。通过这样的级别定义，可以更加有效的实现建模精度，提升建模的使用效果。

3.3.2轿车实体建模的过程

在建模过程中需要完成资料收集、模型制作与后期处理以及模型合成三大块内容。在这个三个阶段中，各自的工作重心是不一样的。在收集资料阶段，要收集车辆的相关数据，包括车宽、车高、轴距以及车辆实物图片、原车电路图、车辆零部件图片等资料。在模型制作与后期处理阶段，模型制作要以实体车辆数据为基础，根据实际车辆尺寸比例、外观等设计模型，从而保证模型合乎实际需求。在模型合成阶段，要通过各种技术转换，将独立创建的各模型实体按照模型数据库的逻辑要求组织起来。

3.3.3汽车检测仪器以及维修工具模型

随着电子技术和自诊断系统在汽车上的大量应用，传统模式下的维修检验方式已经无法满足当下汽车检测需求。为了能够提高培训学员利用现代化检测诊断仪器的能力，在设计和实现系统的时候，除了要建立维修工具模型，还要对故障诊断仪器等现代化检测仪器进行建模，主要包括万用表、废气分析仪、气缸压力表、燃油压力表、真空表、示波仪等。受训人员在实训过程中通过对汽车检测仪器和维修工具的使用，可以增强实训人员的维修技能。

总而言之，虚拟现实技术是基于现代化科技技术和计算机技术以及互联网技术的进步而得以实现的一种新兴场景模拟技术。该技术适应了社会发展潮流，通过人们的听觉、视觉等感官反应对虚拟的现实环境进行感知，实现和真实环境一样的训练模式，从而在虚拟现实环境下实现对汽车故障诊断的实训。

4.参考文献：

[1]卢斌，宋天斌，王静，张蓬鹤，钱进. 基于互感器检定仿真实训系统的研究[J]. 自动化与仪器仪表，2012，05：18-20.

[2]苏宏林，陈安柱. “汽车故障诊断与维修”课程改革实践[J]. 机械职业教育，2013，02：35-36.

16.基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇十六

基于Matlab的数字信号处理教学改革与探讨

数字信号处理课程理论性强,实践和应用很广,涉及的.数学理论和公式多,学生在学习过程中难免会感到枯燥.针对这些特点本文提出利用Matlab的强大功能进行计算机辅助课堂教学,将抽象的数学理论用易于理解的图形演示给学生看,即丰富了教师的教学手段,又提高了学生学习效率和积极性.从而有效地提高了教学质量.

作 者：许建霞 作者单位：武汉理工大学信息学院刊 名：中国科技信息英文刊名：CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(12)分类号：G71关键词：数字信号处理 Matlab 教学方法

17.基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇十七

星座自主导航可视化仿真与分析系统的研制

近年来,星座自主导航技术在卫星自主导航领域越来越引起人们的`关注.为更好地研究星座自主导航方法,本文从数据分析、视景仿真和导航解算三个方面论述了星座自主导航视景仿真系统的实现过程.该仿真系统采用ADO技术.OpenGL技术和MATCOM软件来分别实现数据分析模块、视景仿真模块和星座自主导航解算.实验结果表明,软件最终达到了集数据分析、视景仿真和导航解算于一体的仿真效果.

作 者：曹辉 熊智 郁丰 王丹 CAO Hui XIONG Zhi YU Feng WANG Dan 作者单位：南京航空航天大学导航研究中心,南京,210016刊 名：航空电子技术英文刊名：AVIONICS TECHNOLOGY年，卷(期)：39(2)分类号：V249.32关键词：星座自主导航 可视化 仿真系统

18.基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇十八

1.1 输入过程, 即顾客到达排队系统, 有下列各种不同情况

顾客的总体 (称为顾客源) 的组成可能是有限的, 也可能是无限的。

顾客到来的方式, 可能单个的, 也可能是成批的。这里只研究单个到来的情形。

顾客相继到来的间隔时间可以是确定型的, 也可以是随机型的。对于随机型的情形, 单位时间内的顾客到达数或相继到达的间隔时间的概率分布。

顾客的到达可以是相互独立的, 就是说, 以前的到达情况对以后顾客的到来没有影响。

输入过程可以是平稳的, 即描述相继到达的间隔时间分布和所含参数 (期望值、方差等) 与时间无关, 否则称为非平稳的。

1.2 排队规则

顾客到达时, 如所有服务台都正被占用, 这种情形下顾客可以随即离去, 也可以排队等待。随即离去的称为即时制, 排队等候的称为等待制。对于等待制, 为顾客进行服务的次序可以采用下列各种规则:先到先服务, 后到先服务, 随机服务, 有优先权的服务等。

从空间上, 队列可以排在具体的处所, 也可以是抽象的。由于空间的限制或其它原因, 有的系统要规定容量 (即允许进入排队系统的顾客数) 的最大限;有的没有这种限制 (即认为容量可以是无限的) 。

从队列的数目看, 可以是单列, 也可以是多列。

1.3 服务机制, 有以下几种情况

可以没有服务员, 也可以有一个或多个服务员。

在有多个服务台的时, 可以是平行排列的, 可以是前后排列 (串列) 的, 也可以是混合的。

服务方式可以对单个顾客进行, 也可以对成批顾客进行, 这里只研究单服务台方式。

服务时间分确定型的和随机型的。对于随机型的服务时间, 需要知道它的概率分布。

服务时间的分布假定是平稳的, 即分布的期望值、方差等参数都不受时间的影响。

由于顾客的到来是一个离散的随机过程, 以单个销售服务台为例, 使用MATLAB软件对单服务台, 队长无限的排队系统进行仿真建摸。

符号标记:

队长:即顾客数, 记作sL;

排队长 (队列长) :即在系统中等待服务的顾客数, 记作qL;

逗留时间:一个顾客在系统中的停留时间, 记作Ws;

等待时间:一个顾客在系统中排队等待的时间, 记作qW;

平均服务率:单位时间能被服务完成的顾客数, 记作µ, 而为一个顾客的平均服务时间。

服务机制的利用率:记作ρ。

考虑到销售系统的实际情况, 仿真模型采用如下服务模式: (1) 在同一时刻, 只为一名顾客服务。 (2) 只要有顾客在等待, 销售服务台就不允许有空闲。 (3) 只有销售服务台前有顾客, 顾客才可排队, 否则必须接受服务。 (4) 顾客按先到先服务的原则接受服务。 (5) 顾客是无限的, 顾客单个到来, 且相互独立。 (6) 对单个顾客的服务时间是相互独立的。

2、求解方法

不管对于任何情形, 下面的关系都是正确的:

E[系统中的顾客数]=E[队列中的顾客数]+E[服务机制中的顾客数]

E[在系统中的逗留时间]=E[排队等候的时间]+E[服务时间]

其中, E[]表示期望值, 用符号表示如下:

他们之间的相互关系如下:

T表示服务时间, T的分布是一般的, (但要求期望值E[T]和方差Var[T]都存在) , 其他条件如前所述, 为了达到稳态, ρ<1这一条件还是必要的, 其中ρ=λE[T]。

在上述条件下, 则有

只要知道λ, E[T]和Var[T], 不管T是什么具体分布, 就可求出sL, 然后通过 (1.1) (1.2) 可求出Lq, Wq和Ws。

3、仿真程序设计

销售系统是离散型随机系统, 在模拟中, 不详细描述两个离散时刻之间所发生的动态过程, 只要按时间发生的顺序描述个时间点上的系统状态, 即可掌握系统的动态变化过程。

3.1 仿真时间的推进

采用时间扫描法推进仿真时钟, 系统将随机产生的时间按时间的先后次序排列在一个表格里, 时钟推进间隔的长度由扫描事件表里下一个最早发生的时间所决定, 即仿真时钟按被仿真的时间的发生时间向前推进。

3.2 MATLAB程序设计

根据上述对销售系统的分析, 可以得出销售系统的仿真模拟流程如图1所示, 它也是程序设计框图。

根据图1对模拟系统的设计, 利用MAT LAB中的SIMULINK模块对该网络做图形化的表示如图2。

图2的说明如下: (1) 为简便起见, Cons tant模块提供了顾客的平均到达率。这个值由实际统计所得, 在这里假设顾客按正态分布的时间间隔到来。 (2) Uniform Random Number模块提供了服务时间的分布, 根据具体的实际情况, 按照它提供不同的随机数, 对每个顾客的服务时间相互独立。 (3) Co nstant1这个模块提供服务时间分布的方差, 根据 (P-K) 公式, 可知, 因为有方差项的存在, 仅在Var[T]=0时, 随机性的波动才不影响Ls。所以要想改进各项指标, 除考虑期望值外, 还必须考虑方差的影响。 (4) Subsys tem模块它负责对提供的参数进行处理, 然后对每一事件执行相应的操作, 记录每一时刻系统的状态。 (5) Display, Display 1, Disp lay 2, Display 3分别输出队长, 排队长, 逗留时间, 等待时间的期望值。

3.3 参数的确定

顾客平均到达率λ的值由实际统计得出, 平均服务时间E[T]是由实际工作的情况所得, 它与工作人员的心理状态, 技能水平, 工作熟练程度有关。

当顾客平均到达率和平均服务时间的乘积1时, 即服务系统的利用率超过≥1时, 系统的服务质量明显降低。所以当λE[T]≥1时, 采取分流的原则, 即增加新的服务台, 使λE[T]≤1, 使系统达到稳态。

3.4 可靠性分析

为验证上述模型, 选定销售系统参数如下:

顾客按平均2分30秒的时间间隔的正态分布到达, 顾客在销售服务台前的平均服务时间为2分钟, 服务时间分布为正态分布, 其方差为1。

根据假设可知:λ=1/2.5=0.4 E[T]=2ρ=λE[T]=0.8由公式 (1.1) (1.2) (1.3) 可得系统所需指标:

队长期望值:Ls=2.8

排队长期望值:qL=2

逗留时间期望值:Ws=7 (分)

等待时间期望值:qW=5 (分)

依以上算法得出如下结论:

队长期望值:Ls=2.794图2 SIMULINK仿真模型

排队长期望值:qL=1.994

逗留时间期望值:Ws=6.986

等待时间期望值:qW=4.986

4、结果分析

为了得到相对精确的仿真效果, 我们选择了一系列服务时间方差的期望值, 并对其各个参数进行比较分析, 以得到系统优化的效果。

在虚拟的仿真环境下, 选定如下的参数:顾客的平均到达率为0.4人/分, 服务时间的平均值为2分钟, 取十个服务时间的方差值进行仿真实验, 得出各个方差值所对应的性能指标如表1。

根据表1, 服务时间方差分别与队长、排队长、逗留时间、等待时间之间的关系可知, 服务系统的性能指标 (队长、排队长、逗留时间、等待时间) 随着服务时间方差的增大而增大, 也就是说, 在平均服务时间相同的情况下, 随着服务时间方差的增大, 系统的服务质量在下降。由此可以推测, 工作人员的工作状态, 系统的稳定性对服务质量的提高有着重要的影响。因此, 在现实的系统中, 可以从提高系统的稳定性, 即降低服务时间的方差来得到系统的优化。

当服务时间的方差固定的时候, 随着平均服务时间的变化可以得到如下的性能指标 (表2) :

说明:表2是在顾客的到达率是0.4人每分钟, 方差等于1的情况下产生的, 不同的方差会有不同的性能指标。所以这里的平均服务时间不大于2.5, 并且不可能为0。

根据表2, 可得在方差固定的情况下, 队长的期望值随平均服务时间变化的曲线图, 如图3所示。

排队长、逗留时间和等待时间的期望值随平均服务时间变化的曲线图与队长的期望值随平均服务时间的变化曲线类似。

5、结语

针对销售系统的随机性、动态性等特点, 把销售系统作为随机服务系统, 建立排队模型, 使用MATLAB的SIMULINK软件包对销售系统进行仿真。利用MATLAB的S IMULINK编写销售系统仿真软件效率高, 可靠性高, 可读性好。对销售系统的各种参数进行仿真实验, 比较客观地反映了销售系统的实际情况, 为销售系统的管理和系统优化, 提供了较为可靠的决策依据。

参考文献

[1]熊光愣, 肖田元, 张燕云.连续系统仿真与离散事件系统仿真[M].北京:清华大学出版社, 1999.

[2]导向科技.MATLAB6.0程序设计与实例应用[M].北京:中国铁道出版社, 2001.