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自动控制原理实验水库节电系统（抽水电机控制）姓名： xxxxxx班级： xxxxxx学号：xxxxxxxxx引言：水利发电是国民能源提供的一个重大来源，在水资源丰富且有着巨大势能条件的地区，建有数以千计的水库。每天水库都能为我们提供大量能源，但是不可避免在某些小范围电网中，存在电力供需的不平衡，特别当水库产电量大于下游用电需求时，如何有效将剩余电力储存起来成为节约能源的关键。水库节电系统旨在将剩余电量通过抽水发电机，将多余能源重新转化为水的势能储存起来。1、 建立被控对象数学模型控制系统原理图水库发电量计算机解算电压滤波器直流电动机直流放大器测速发电机抽水电机转速下游用电量说明：引用滤波器是为了保留电压的正值，即当水库自然发电量大于下游用电量时，执行此系统，达到节约能源的目的。1直流电动机的数学模型 式中，是电动机机电时间常数；，是电动机传递系数。2测速发电机的数学模型 式中为测速发电机输出斜率，表示单位角速度的输出电压。 2、分析被控对象特性 被控对象为直流电动机和测速发电机。将其进行拉普拉斯变换可得： 直流电动机的传递函数 测速发电机的传递函数 可得方框图 简化可得 由图可知，闭环传递函数为，故 显然特征方程的根为，因为、所以即系统稳定，但是为0型系统，当时，即为阶跃信号时，其稳态误差为。故系统无法快速跟踪输入，即至少要为型系统。3、设计控制器 1原始参数计算 电机有两个时间常数：机电时间常数和电气时间常数。通常，这种情况下电机的传递函数可看作两个惯性环节的串联，两个惯性环节的时间常数就分别是和，而对于一般的应用，由于很小，对应的惯性环节可以忽略不计，于是电机的传函就简化为：。 对于测速发电机的输出斜率，不妨设为1。于是其闭环传递函数为 其根轨迹如图： 故可以发现减小后系统更稳定，故取 故其原始开环传递函数为 2提高系统类型 原系统为0型系统，无法跟踪阶跃信号，至少要调为型系统。 在前向通道上加入积分器，则其开环传递函数为，此时可以跟踪阶跃输入。 3调整系统增益 此时系统的bode图是 容易看出其增益过小，故加入放大环节。使则其bode图变为 4校正网络设计 此时，待校正系统开环传递函数为，其相角裕度约为18 为提升其性能，此时需加入一个校正网络； 要求相角裕度为，取所以 加入一个串联滞后校正网络，设（） 由可得 由可以求得 由可以求得 故其校正网络传递函数为 则开环传递函数变为其bode图为： 故最后的开环传递函数为4、结论系统的稳定性较好，超调量较小，调节时间上升时间较短。但是系统的bode图显示系统的幅频特性在高频段斜率较小，故系统对噪音的抗干扰能力较差
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