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8篇）

基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇1

基于MATLAB的电传控制系统仿真与分析

MATLAB语言在控制系统仿真与分析方面具有众多优点,文章具体分析了基于MATLAB语言的`SIMULINK模型的仿真求解方法.以某型飞机为例,分析了该飞机纵向通道、横向通道及航向通道的工作原理,并对该飞机电传控制系统进行数值仿真.通过仿真,讨论了电传控制系统对飞机动态性能的影响.

作 者：张亮 葛志浩 董新民 ZHANG Liang GE Zhi-hao DONG Xin-min 作者单位：空军工程大学工程学院,陕西,西安,710038刊 名：电光与控制 ISTIC PKU英文刊名：ELECTRONICS OPTICS & CONTROL年，卷(期)：12(5)分类号：V247关键词：电传控制系统 数值仿真 动态特性

基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇2

1 OFDM基本原理

OFDM的基本思想是将高速串行数据流变为低速并行数据流,分别调制在多个正交的子载波上并行传输[1]。OFDM可以被看做是一种频分复用方式,一个OFDM包括多个经过调制的在载波。假设N表示子载波个数,T表示OFDM符号持续时间,di(i=0,1,2,...N-1)为分配给每个子载波的符号,fc为第0个子载波的载波频率,矩形函数rect(t)=1.│t│≤T/2,则从t=ts开始的一个OFDM符号可以表示为

通常采用复等效基带信号来描述OFDM的输出信号,见式(2)。

令式(1.2)中的ts=0,对于信号s(t)以T/N的速率进行抽样,即令t=k T/N(k=0,1,2,…N-1),则得到:

可以发现,式(3)与IDFT运算的表达式形式是一致的。同样在接收端,恢复出原始的数据符号di的处理就可以通过对sk进行DFT变换,得到:

由此可见,OFDM系统的调制和解调可以分别通过IDFT和DFT来实现,频域数据符号di经过N点IDFT运算变换为时域信号sk,所以我们可以用IFFT/FFT来实现。

2 OFDM系统仿真模型

OFDM原理框图如图1所示[2]。在仿真模型中,待传源文件经过转换变为二进制数据流,进行串并变换成并行数据流,并行数据调制形成同相(I)、正交(Q)两路信号上图所示的方案采用QAM调制方式。调制符号通过IFFT处理被调制到各个子载波上,从而形成OFDM符号。串并变换后加循环前缀,然后将待传输的信号经过数模转换器(DAC)变为连续波形,就可以送往发射机的射频端进行高频载波的调制,形成发射过程。

接收过程是基本上是发射过程的逆过程,首先要使接收机与发射机系统的时钟同步,还要考虑估计接收信号载波频率偏移,为了实现同步处理,系统会在数据帧头中加入训练序列,利用长训练字的特性,进行相关运算,进行小数倍的频偏估计,进行FFT之后,根据短训练子的相关运算,进行整数倍频偏的估计,然后通过信道估计补偿这部分的频差。信号经过同步处理和信道补偿后就可以进行QAM解调得到原始信息。

QAM调制映射表:00->-1-i,01->-1+i,10->1-i,11->1+i

3 分组检测和载波同步算法

分组检测是寻找数据分组的近似估算,在本次仿真中我用的是接受信号能量检测算法。

检测接受信号能量是一种最简单的分组检测算法。当没有数据分组到来时,接收信号rn中只有噪声,即rn=ωn;有数据分组到时,接收信号rn中加入了信号,rn=sn+ωn。因此,可以根据接收信号能量值的变化进行分组检测。这种窗口能量检测的方法虽然比较简单,但是它也是有缺陷的,那就是判断接收信号能量的关键值要由接收信号的能量值决定。当接收机搜索数据分组的时候,只有噪声,而噪声的功率一般是不可知的,当接收机系统出现较大的频率干扰波动时,都会使这个值发生变化。而且,信号的能量强度随着在信道的传播,也是有衰落的,能量值不确定,种种不确定的因素导致了判别信号能量值的不确定,容易出现误差。

载波同步过程分为捕获模式(acquisition mode)和跟踪模式(tracking mode)。捕获模式又可以分为整数倍频偏估计和小数倍频偏估计,整数倍频偏估计可以估计出几十倍的频偏,小数倍频偏估计可以是频偏进一步减小。跟踪模式下,系统能估计出很小的频偏。我们知道小数倍频偏会造成子载波间干扰(ICI),破坏子载波的正交性,使系统的误码率变高,而整数倍频偏不会导致子载波的正交性,但会使相位转移。所以要先小数倍频偏估计,消除小数倍频偏引起的子载波间干扰,FFT后进行整数倍频偏估计(在这里进行小数倍和整数倍频偏估计我用的是基于训练序列的时域算法)。最后进行信道估计对频偏进行补偿[3]。本程序采用本程序采用训练序列来实现载波同步。

3.1. 基于训练序列的时域算法

该估计算法是一种最大似然估计算法(即ML估计算法)。Schimdl等人提出了这种算法,该算法可以在做符号同步的同时做频偏估计[4]。该算法利用OFDM符号中插入的训练序列,设发送信号为xn,则通带信号yn的复基带模型为[5]:

其中,ftx为发送载波频率;Tx为采样周期。

在接收端,忽略瞬时噪声,接受到的复基带信号rn为

其中,f△=ftx-frx为发送和接受载波的频差。

定义两个连续重复符号之间的延时为D个采样点,OFDM符号长度为L,则周期重复信号的延时相关和为

频偏的影响体现在,式(5)中的e-j2πf△DTs,这一项上。因此,可以根据式(5)计算出频率偏差的估计值为

3.2. 载波同步的时域方法特性

IEEE802.11a标准的规定,振荡器是有最大相对误差的,假设发送和接受时钟为允许的最大频率误差频率,那么总误差值的范围会落在短训练符号的估算范围内,但在长训练符号的估算范围内。因此,如果仅采用长训练符号的话,估算是不可靠的。通常我们采用短训练符号进行粗估算和长训练符号进行细估计相结合的方法。实现过程上来看,首先用短训练符号粗略估计频率误差,然后采用该估算对于长训练符号进行修正,修正后再采用长训练符号对估算进行改进,长训练序列进行精确的同步原理与方法和短训练类似,不在展开叙述。

3.3 剩余相位跟踪原理

在接收端根据接收到的导频信号来完成剩余相位的跟踪。设Rm,n表示接收到的第m个OFDM符号的第n个导频,pn为发送端的导频,在第m个接收符号DFT处理后,导频子载波Rm,n等于频域信道响应Hn和已知导频符号Pm,n的乘积与残余导频误差旋转作用以后的结果:

其中,△f为经载波频偏校正后残留的频率偏差。

假设频域信道响应估计值是可以得到的,并且是精确可靠的,则可忽略频域信道响应的影响,即

估计相位为

对于IEEE802.11a系统来说,Pm,n为+1或-1,Np=4,所以式(6)可以简化为

在相位跟踪阶段，补偿因子应为

最后，根据下式对接收数据进行相位补偿;

4 仿真结果

本程序中得到的(图3图4)中我们可以看到接收端信号由于信道的影响已经发生了畸变,接收端OFDM信号的频谱波形,是与其发端信号的排步有关的。在发端的载波安排上,128个载波有前后各32个载波是null载波(如果这前后各32各载波是带外频段,那么理论上它们都应该是零!),中间的64个载波是数据载波。这样的排步很明显就是一个两边低,中间高的频谱形式。所以,收端也应该是这个轮廓。

(图5)是所有OFDM符号的星座图,可以看出,其实误差还是挺大的,这是因为采用的分组检测算法有很大的局限性造成的。由(图6)可以看到短训练子相关值和能量的计算,可以得到OFDM符号的起始位置和小数倍频偏估计。在短训练子能量的平稳值处,我们认为找到了符号的起始位置。通过(图7)对长训练子的相关计算可以得到整数倍频偏和信道估计。从图8中我们知道小数倍频偏可以造成相位的偏移,从此图中可以看出小品片造成的相位偏移量

5 结束语

本文通过介绍OFDM的基本原理,给出了系统的仿真模型。在仿真模型的基础上,用MATLAB语言编写出OFDM系统的发送和接收程序,重点介绍了程序用到的基于训练训时域的载波同步算法,并对仿真系统的结果进行了分析,结果很好地证明仿真模型的正确性。

参考文献

[1]尹长川,罗涛,乐光新.多载波宽带无线通信技术[M].北京:北京邮电大学出版社,2004.

[2]李平,赵志辉,张振仁.OFDM系统建模仿真及同步偏差分析[J].系统仿真学报,2007,13(39):3042-3051.

[3]丁龙刚.OFDM系统设计及其Matlab实现[J].通信技术,2008(11).

[4]吕爱琴,田玉敏,朱明华.基于Matlab的OFDM系统仿真及性能分析[J].计算机仿真,2005(10).

基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇3

关键词：相移键控系统 仿真 MATLAB

随着现代微电子技术、控制技术、软件技术以及通信技术的发展，传统的无线电系统对于硬件依赖性强、信号适应能力差，构成越来越复杂，软件无线电的出现带来了新的革命。软件无线电主要由天线、射频前端、宽带A/D-D/A转换器、通用和专用数字信号处理器以及各种软件组成。软件无线电并非简单的将硬件功能由软件来实现，它是以软件为核心的全新的体系结构，与基于ASIC、FPGA以及其他基于软件的数字系统相比有其独特的优点，即整体的可编程性，因此它能够在单一的结构中多模工作和自适应的工作。软件无线电具有灵活性、可扩展性等主要特点，这主要是因为软件无线电的所有功能都是用软件来实现的，通过软件的增加、修改或升级就可以实现新的功能。可以说，功能的软件化是软件无线电的最大优势之一。在所有软件中，数字信号处理软件占据重要的位置，例如编码、调制、解调、译码、频谱分析等都可以采用信号处理算法来实现。

本文即是对软件无线电中基带处理部分——相移键控系统进行建模、仿真等分析。

1 相移键控系统仿真建模

众所周知第二代、第三代、HSDPA后三代、WiMAX以及超宽带(UWB)移动通信都是以数字调制为基础。而数字调制方式中，相移键控系统是应用最广泛的一种。

相移键控方式是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的方式。2PSK的信号形式一般表示为：

S(t)=∑ang(t-nT)cos(ωct)

式中，an的取值为-1，+1，即发送二进制符号0时，an取1；发送二进制符号1时，an取-1。

下面对采用矩形脉冲激励的2PSK传输系统进行仿真。模型如图1。

二进制信号源由Uniform Random Number Generator模块、Sign模块和Look-Up Table模块构成。Uniform Random Number模块在指定的区间上产生均匀分布的随机数。Sign模块将连续的随机数离散化。Sign模块的输出是：当输入大于0时输出为1；若输入為0则输出为0；当输入小于0时输出为-1。为了产生输出比特为等概率的+1和-1二进制信号源，加入Look-Up Table模块，它的输入—输出映射关系为：+1到-1，-1到-1，而0到+1。利用这三个模块即可得到二进制数字信号。

Fcn模块可以产生载波cos(4*pi*u），时间变量u从Clock模块得到。product模块用来产生已调信号。考虑到实际传输过程，信道采用无噪声信道和AWGN信道两种形式。接收端的匹配滤波器是利用Integrator模块按积分清除来实现的。复位信号由Pulse Generator模块产生。以上几个模块主要完成信号的调制、解调及传输。各部分输出信号均连接到Scope模块（相当于一台虚拟示波器）。仿真过程采用非归零矩形脉冲作为激励信号。其时域波形和频谱如图2。

无噪声干扰时仿真只需将图1中的AGWN Channel模块去掉即可，即发送端和接收端直接相连。发送端信号如图

3，波形由上至下分别为输入二进制序列、载波和已调信号。从已调信号波形中可以看出二进制符号0对应π相位的

载波；二进制符号1对应0相位的载波。接收端信号如图4，波形由上至下分别为乘法器输出、时钟信号和信宿波形。对比信源和信宿波形可以看出信号被无失真解调。

信道传输有噪声干扰时接收波形如图5，因为加入了白色高斯噪声，接收波形明显失真。图6中第一个波形是接收端解调后的波形，由于没有经过低通滤波，x(t)还包含载波及其高频谐波分量和随机噪声。信源波形图3与信宿波形图6是一致的，但仔细比较就会发现信宿信号比信源信号延迟了。这是由于噪声的存在。

噪声的存在会有误码，误码率取决于噪声的方差。由仿真运行结果分析可以得到2PSK系统的性能。在图7中，X轴表示信道的信噪比，Y轴表示信号的误码率。信噪比越大，误码率越低。图中的4条曲线分别表示当2PSK调制器和解调器的Symbol Error Rate取不同参数时的误码率性能。从图中可以看出，参数值越大，信号的误码率越低，但仿真需要的时间也会延长，所以应当合理设置其值。

3结论

本文采用MATLAB实现了通信系统调制与解调的仿真，给出了较详细的实现方法和仿真分析。仿真结果表明，它和理论计算和分析结果比较接近。

仿真模型的设计与分析，为实际系统的构建提供了很好的依据。同时也拓宽了研究分析的视野，可大大地提高研究设计的效率，具有重要的推广和应用价值。

参考文献

［1］李贺冰.simulink通信仿真教程.北京:国防工业出版社，2006.

［2］薛年喜.MATLAB在数字信号处理中的应用.北京:清华大学出版社，2003.

［3］周晓兰，张杰.MATLAB在通信系统仿真中的应用:计算机技术与发展，2006，(9):166-169.

基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇4

基于MATLAB的ABS控制仿真研究

ABS是一种变工况、非线性的系统,且建模难度大.分别采用PID控制、模糊PID控制两种方法对单轮汽车模型进行了模拟仿真.其中模糊PID控制可以利用模糊控制规则对PID参数进行在线修改,因而具有较好的自适应能力,可以达到非常好的`控制效果.

作 者：樊继东 FAN Ji-dong  作者单位：湖北汽车工业学院,十堰,44 刊 名：汽车科技 英文刊名：AUTOMOBILE SCIENCE & TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(3) 分类号：U463.5 关键词：ABS   模糊PID控制   仿真  

基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇5

题

目

基于Matlab的2PSK,2DPSK仿真 学

院

电子信息工程学院

专

业

学生姓名

学

号

年级

指导教师

职称

讲

师

2013年12月20日

设计报告成绩

（按照优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师评语：

指导教师（签名）

年

说明：指导教师评分后，设计报告交院实验室保存。

日

月

基于Matlab的2PSK,2DPSK仿真

专 业： 学 号：

学 生： 指导老师：

摘要：现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好，作为其关键技术之一的调制技术一直是研究的一个重要方向。本设计主要叙述了数字信号的调制方式，介绍了2PSK数字调制方式的基本原理，功率谱密度，并运用MATLAB软件对数字调制方式2PSK进行了编程仿真实现，在MATLAB平台上建立2PSK和2DPSK调制技术的仿真模型。进一步学习了MATLAB编程软件，将MATLAB与通信系统中数字调制知识联系起来，为以后在通信领域学习和研究打下了基础在计算机上，运用MATLAB软件来实现对数字信号调制技术的仿真。

关键词：数字调制与解调；MATLAB；2PSK；2DPSK；

I

目 录

第1章 绪论.....................................................................1 1.1 调制方式................................................................1 1.2 设计要求................................................................1 1.2.1 设计内容..........................................................1 1.2.3 设计仪器..........................................................1 第2章 2PSK,2DPSK原理..........................................................2 2.1 2PSK原理...............................................................2 2.1.1 2PSK基本原理......................................................2 2.1.2 2PSK调制原理......................................................2 2.1.3 2PSK解调原理......................................................3 2.2 2DPSK原理..............................................................4 2.2.1 2DPSK基本原理.....................................................4 2.2.2 2DPSK调制原理.....................................................5 2.2.3 2DPSK解调原理.....................................................6 第3章 实验过程.................................................................8 3.1 2PSK仿真部分...........................................................8 3.1.1 2PSK仿真图........................................................8 3.1.2 2PSK模块的参数设置：..............................................8 3.2 2DPSK仿真部分..........................................................9 3.2.1 2DPSK仿真图.......................................................9 2.2.2 2DPSK模块的参数设置：............................................10 第4章 仿真结果...............................................................15 4.1 2PSK仿真结果..........................................................15 4.2 2DPSK仿真结果.........................................................15 总结...........................................................................16 参考文献.......................................................................17 致谢...........................................................................18

II

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第1章 绪论

1.1 调制方式

数字通信系统, 按调制方式可以分为基带传输和带通传输。数字基带信号的功率一般处于从零开始到某一频率（如0～6M）低频段，因而在很多实际的通信（如无线信道）中就不能直接进行传输，需要借助载波调制进行频谱搬移，将数字基带信号变换成适合信道传输的数字频带信号进行传输，这种传输方式，称为数字信号的频带传输或调制传输、载波传输。所谓调制，是用基带信号对载波波形的某参量进行控制，使该参量随基带信号的规律变化从而携带消息。对数字信号进行调制可以便于信号的传输；实现信道复用；改变信号占据的带宽；改善系统的性能。

数字基带通信系统中四种基本的调制方式分别称为振幅键控（ASK，Amplitude-Shift keying）、移频键控（FSK，Frequency-Shift keying）、移相键控(PSK，Phase-Shift keying)和差分移相键（DPSK，Different Phase-Shift keying）。本次课程设计对PSK,DPSK这两种调制方式进行了仿真。

1.2 设计要求 1.2.1 设计内容

用MATLAB完成对2PSK、2DPSK的调制与解调仿真电路设计，并对仿真结果进行分析，可编写程序，也可硬件设计框图

1.2.2 设计参数（参数可以自行设置）

1、传输基带数字信号（15位）码元周期T=0.01S

2、载波频率：15KHz 1.2.3 设计仪器

计算机和MATLAB软件

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第2章 2PSK,2DPSK原理

2.1 2PSK原理 2.1.1 2PSK基本原理

二进制移相键控，简记为2PSK或BPSK。2PSK信号码元的“0”和“1”分别用两个不同的初始相位“0”和“”来表示，而其振幅和频率保持不变.因此，2PSK信号的时域表达式为:

(t)=Acos其中，表示第n个符号的绝对相位：

t+)

=因此，上式可以改写为:

这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式,称为二进制移相键控方式。二进制移相键控信号的典型时间波形如图2-1。

10011tTs图2-1 二进制相移键控信号的时间波形

2.1.2 2PSK调制原理

在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。2PSK信号调制有两种方法，即模拟调制法和键控法。通常用已调信号载波的 0°和 180°分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0，模拟调制

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法用两个反相的载波信号进行调制。2PSK以载波的相位变化作为参考基准的，当基带信号为0时相位相对于初始相位为0°，当基带信号为1时相对于初始相位为180°。键控法，是用载波的相位来携带二进制信息的调制方式。通常用0°和180°来分别代表0和1。其时域表达式为：

e2PSKang(tnTs)cosct

n其中，2PSK的调制中an必须为双极性码。两种方法原理图分别如图2-2和图2-3所示。

图2-2 模拟调制原理图

图 2-3 键控法原理图

2.1.3 2PSK解调原理

由于2PSK的幅度是恒定的，必须进行相干解调。经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为0。2PSK信号的相干解调原理图如图2-4所示，各点的波形如图2-5所示。

由于2PSK信号的载波回复过程中存在着180°的相位模糊，即恢复的本地载波与所需相干载波可能相同，也可能相反，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信 3

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号与发送的基带信号正好相反，即“1”变成“0”吗“0”变成“1”，判决器输出数字信号全部出错。这种现象称为2PSK方式的“倒π”现象或“反相工作”。

带通滤波器ae2PSK(t)相乘器c低通滤波器d抽样判决器定时脉冲e输出

cosctb图 2-4 2PSK的相干解调原理图

b10011atTs

图 2-5 相干解调中各点波形图 edtctt10011t

2.2 2DPSK原理 2.2.1 2DPSK基本原理

二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记为2DPSK。它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。所谓相对载波相位是只本码元初相与前一码元初相之差。

传输系统中要保证信息的有效传输就必须要有较高的传输速率和很低的误码率。在传输信号中，2PSK信号和2ASK及2FSK信号相比，具有较好的误码率性能，但是，在 4

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2PSK信号传输系统中存在相位不确定性，并将造成接收码元“0”和“1”的颠倒，产生误码。为了保证2PSK的优点，又不会产生误码，将2PSK体制改进为二进制差分相移键控（2DPSK），及相对相移键控。

2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：Φ＝0表示0码，Φ＝π表示1码。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图见图2-6。

图2-6 2DPSK信号波形图(c)2DPSK(a)绝对码(b)相对码10参考100011011t

2.2.2 2DPSK调制原理

二进制差分相移键控。2DPSK方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。假设前后相邻码元的载波相位差为，可定义一种数字信息与之间的关系为：

0（数字信息“0”）（数字信息“1?）为前一码元的相位。

实现二进制差分相移键控的最常用的方法是：先对二进制数字基带信号进行差分编码，然后对变换出的差分码进行绝对调相即可。2DPSK调制原理图如图2-7所示。

绝对码Dn相对码BnCnS2dpsk(t)+延时Ts波形变换×Coswc(t)

图2-7 2DPSK调制原理框图

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2.2.3 2DPSK解调原理

2DPSK信号解调有相干解调方式和差分相干解调。用差分相干解调这种方法解调时不需要恢复本地载波，只要将DPSK信号精确地延迟一个码元时间间隔，然后与DPSK信号相乘，相乘的结果就反映了前后码元的相对相位关系，经低通滤波后直接抽样判决即可恢复出原始的数字信息，而不需要在进行差分解码。

相干解调码变换法及相干解调法的解调原理是，先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。

在解调过程中，若相干载波产生180相位模糊，解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊的问题。本次设计采用相干解调。两种解调方式的原理图如图2-8和图2-9所示。2DPSK相干解调各点波形图如图 2-10所示。

图 2-8 2DPSK差分相干解调原理图

图 2-9 2DPSK相干解调原理图

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图 2-10 2DPSK相干解调各点波形图

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第3章 实验过程

3.1 2PSK仿真部分 3.1.1 2PSK仿真图

用MATLAB搭建好的2PSK仿真图如下：

图3-1PSK仿真图

3.1.2 2PSK模块的参数设置： 1）相乘模块

图3-2 相乘器参数设置

2）低通滤波器模块

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图3-3 滤波器其参数设置

3）抽样判决模块

图3-4 pulse generator 参数设置

3.2 2DPSK仿真部分 3.2.1 2DPSK仿真图

用MATLAB搭建好的2DPSK仿真图如下：

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图3-5 2DPSK仿真图

2.2.2 2DPSK模块的参数设置： 1）载波模块

图3-6 载波参数设置

2）乘法器模块

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图3-7 乘法器参数设置

3）基带模块

图3-8 基带信号参数设置

4）Unipolar to Bipolar Converte模块

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图3-9 Unipolar to Bipolar Converter参数设置

5）码变换模块

图3-10 Logical Operator参数设置

图3-11 Unit Delay参数设置

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图3-12 Data Type Conversion参数设置

6）滤波器模块

图3-13 带通滤波器参数设置

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图3-14 低通滤波器参数设置

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第4章 仿真结果

4.1 2PSK仿真结果

图4-1 2PSK电路仿真波形

4.2 2DPSK仿真结果

图4-2 2DPSK电路仿真波形

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总结

从以上对比可以看出，对同一调制方式，采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式淡定误码率。若采用相同的解调方式，2PSK的信噪比比较低。反过来，若信噪比r一定，2PSK误码率比较低。由此看来，在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK性能最好。

首先要进行电路设计：先构思电路的实现过程，选择合适器件实现相应的功能。仿真模拟：在硬件实现之前要先进行仿真，确定可以实现所要求的功能时才能进行实际操作。调试：要求能熟练地使用示波器。出现问题是要能够进行合理的分析。耐心的检察错误。整个过程中的每个环节都会出现问题，在不断的请教老师和同学的过程中不断地总结经验教训。最终收获的不仅是知识还有解决问题的方法和技巧！

通过这次课程设计还让我知道了，我们平时所学的知识如果不加以实践的话等于纸上谈兵。课程设计主要是我们理论知识的延伸，它的目的主要是要在设计中发现问题，并且自己要能找到解决问题的方案，形成一种独立的意识。我们还能从设计中检验我们所学的理论知识到底有多少，巩固我们已经学会的，不断学习我们所遗漏的新知识，把这门课学的扎实。

当然在做课程设计的过程中总会出现各种问题，在这种情况下我们都会努力寻求最佳路径解决问题，无形间提高了我们的动手，动脑能力，并且同学之间还能相互探讨问题，研究解决方案，增进大家的团队意识。

在这一周的课程设计中，让我们体会最深刻的就是对各种器件的了解不够深刻，使得在使用的过程中出现很多误区，无法得到理想的实验结果，所以我们应该在今后的学习中珍惜每一次的动手实践机会，积累经验，为以后的工作打下坚实的基础。

这次实习我们受益匪浅。通过本次的课程设计，我在学习方法、逻辑思维、分析和解决问题的能力等各个方面都有了长足的进步。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我们的设计思维，增加了实际操作能力。在让我们体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我们体会到成功的喜悦和快乐。

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参考文献

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成都学院（成都大学）课程设计报告

基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇6

汤亚芳，施怀瑾

（贵州工业大学电气工程学院，贵州 贵阳 550003）

摘 要：采用MATLAB PSB建立了STATCOM的时域仿真模型，以实例对STATCOM在系统故障时的动态运行特性进行了仿真研究。结果表明，当控制器采用常规的算法时，STATCOM的运行可能会严重偏离其正常运行条件，此时STATCOM无论是退出运行或继续存在于系统都可能加剧系统的故障状态。

关键词：静止无功补偿器（STATCOM）；动态特性；故障；仿真 中图分类号：TM743；TM761.1 文献标识码：A

0 引 言

采用大功率门极可关断晶闸管(GTO)的STATCOM由于具有响应速度快，可以在感性到容性整个范围中连续地进行无功调节，特别是在欠压条件下所需储能电容容量较小，从而可减小装置体积等优点，在电力工业界得到愈加广泛的应用。通过控制器的控制作用，STATCOM具有无功功率控制、维持连接点的电压稳定、防止系统电压崩溃及提高系统的暂态稳定性等功能。而STATCOM对电力系统作用的同时，电力系统的动态和暂态过程都不同程度的影响STATCOM的运行。特别是在系统故障情况下，STATCOM的运行条件突变，此时有必要研究一下它的动态特性，以全面评价STATCOM的性能。

本文利用MATLAB PSB建立了STATCOM时域仿真模型，对系统故障情况下STATCOM的动态特性进行了仿真，得到了一些有用的结论。含STATCOM的简单电力系统的仿真模型的建立

本文利用MATLAB PSB仿真软件进行仿真，仿真系统接线图见图1.利用文献［4］中提出的建模方法建立该电力系统及STATCOM的仿真模型，参数见文献［4］.STATCOM的控制算法采用常规的控制算法：PI控制算法（图2）.图1 含有STATCOM的单机—无穷大系统接线图 图2 PI逆系统电压控制框图STATCOM受扰状态仿真研究

2.1 STATCOM的运行状态的变化

STATCOM在运行过程中要受到直流侧电容电压Udc和输出电流IA的限制，它们应满足以下条件：

Udcmin≤Udc≤Udcmax

IA≤IAmax(1)一旦Udc或IA超出限制范围，STATCOM装置本身将会受到损坏。当系统出现故障时，STATCOM的控制器将调节输出无功，以提高系统的暂态稳定性，此时Udc或IA很可能超出限制范围，STATCOM安全将受到威胁。

假定t=0.1s时，图1所示电力系统线路1在STATCOM连接点处出现三相接地短路故障，t=0.2s短路线路切除并保持单回线路运行。由仿真结果（图3）可以看出在故障期间，STATCOM的电容电压及输出电流均超出正常运行范围，这将引起STATCOM的故障。(a)STATCOM直流侧电容电压(b)STATCOM输出电流曲线

图3 系统故障时STATCOM运行状态变化曲线

2.2 STATCOM退出系统运行时的仿真分析

由以上仿真分析可知，系统故障期间STATCOM的工作条件变得很恶劣。当输出电流及电容电压超过STATCOM的安全运行范围时，保护系统将动作，封锁GTO脉冲或使STATCOM退出运行。

当系统出现故障时，STATCOM接入点系统电压变化较大。此时STATCOM的控制器将动作，使得δ不断变化，由于STATCOM输出的无功功率可表示为Q=Us/(2r)sin2δ（式中Us为STATCOM接入点系统电压；r为STATCOM等值电阻；δ为STATCOM输出电压与系统电压之间的相角差），因此其输出的无功也在不断变化中。如果在STATCOM向系统输出较大无功时自身又出现故障，为保证STATCOM安全，它的保护系统将会动作将其切除，这时系统出现无功缺额。如果系统无功备用足够的话，经过发电机的励磁调节器的调节作用，电压还能恢复到原有水平。如果无功备用不足，则电压将会出现较大的波动。

此时，STATCOM不仅不能起到原有的控制作用，反而可能因为它的退出又将使受扰系统受到新的扰动，系统的暂态稳定将遭到更大的考验。

假设在t=0.5ms时，STATCOM接入点处线路1发生三相短路故障；t=0.7ms线路1被切除；而在t=0.6ms时，因为出现过电流STATCOM退出系统。仿真结果（图4）显示由于STATCOM的退出使得系统振荡加剧，并最终失去稳定。可见在系统故障期间，应尽量提高STATCOM的生存能力，不应随意的将其退出。这样一可以避免它的退出对系统所产生的冲击，二来也避免了STATCOM缓慢的再投入过程。

(a)STATCOM未接入系统(b)STATCOM在系统故障时退出

图4 系统故障时STATCOM退出运行的仿真分析

2.3 STATCOM继续运行时的仿真研究

如果STATCOM的控制系统采用的是常规的潮流控制方式（电压控制及无功控制）时，在系统正常运行情况下，这些控制方法确实能起到应有的作用。但是一旦系统运行在特殊的运行方式时（如负荷突增，短路故障），这些控制方法有可能会减弱系统的阻尼，甚至使系统出现“负阻尼”的现象，使系统的振荡加剧。

在理论上证明这种现象的存在性：利用文献［9］提出的方法来建立安装有STATCOM的电力系统的Phillips-Heffron模型，并利用该模型来分析电力系统的稳定性。

根据图5所示的电力系统的等值电路图可得出系统的Phillips-Heffron模型为：

EqEfdVdc0K1MK4MKAK5TAK7bDM0000K2MK3001Td01TA00KpdcMKqdcTd0KAK6TAK8MKAKvdcTAK9EqEfdVdc0KpMKqTd0KAKvTAKd(2)

式中：Δδ为发电机相角增量；Δω为发电机转速增量；ΔEq′为发电机暂态电势增量；ΔEfd为空载电势增量；ΔVdc为STATCOM直流侧电容电压增量；Δψ为STATCOM输出电压与系统电压相角差的增量；M为发电机转动惯量；TA和KA为励磁机等值时间常数和增益；Td0′为励磁绕阻时间常数。

K1Pe,K2PeEq,K3EqEq,K4VtPepdc,K5PeVdcVt,K6VtEqKPep,KqEq,Kv,K,KqdcEqVdc

图5 等值电路图 根据以上模型，我们可得到STATCOM从Δψ到发电机机电振荡环节向前通道中由STATCOM提供的阻尼转矩：

ΔTEDC=-KpψΔψ(3)如果STATCOM采用电压PI控制，设PI控制的微分系数为K1,比例系数为K2.则有以下控制算法：

(K1sK2)V((K1sK1sK2)mVdc(K1sK2)mK(4)(5)

由式（5）可看出，STATCOM是否向系统提供正的阻尼转矩取决于系数Kpψ的正负。Kpψ>0时，STATCOM向系统提供负阻尼；Kpψ<0时，STATCOM向系统提供正阻尼。

，因此在系统负荷变化比较大或故障期间电压波动大时，由于控制器因为的控制作用使得ψ角不断增大，也就是说STATCOM向系统输入的有功功率Pe增大，使得Kpψ>0，STATCOM就向系统提供负阻尼，从而加剧系统的故障。

下面以仿真来证明这种现象的存在性。

假设在t=0.3ms时，STATCOM接入点处线路1发生三相短路故障，故障在t=0.5ms时被切除。图6（a）表示STATCOM未接入系统时，发电机的转速变化曲线。图6（b）表示STATCOM接入系统后的发电机变化曲线，由图中可以看出此时发电机转速的波动更加剧烈。因此在系统故障期间，STATCOM不能采用一些常规的控制方式，而应采用其他的一些控制措施。KpTEDCKpK2)mVdcKpdcPe(a)STATCOM未接入系统(b)STATCOM接入系统

图6 STATCOM对系统产生负阻尼作用的仿真分析 结 语

本文利用MATLAB PSB对STATCOM在系统故障时的动态特性进行了时域数值仿真。仿真结果表明：

1．采用常规控制的STATCOM，在系统故障情况下其输出电流及直流侧电容电压将会增大，此时STATCOM的安全将受到极大的威胁。

2．系统故障时，为STATCOM的安全着想将其退出运行，此时有可能引起系统运行的不稳定。

3．系统故障期间，采用常规控制的STATCOM会使系统的振荡加剧。

基于以上分析，在系统故障时，要对STATCOM采取特殊的措施，使其本身的安全及系统的安全都不受影响。目前在一些文献中（如［1］、［5］）已经提出了一种STATCOM的保护性控制方式，这种保护性的控制方式可以在一定程度上避免这些情况的产生。作者在文献［8］中提出了一些解决措施，并用仿真方法加以了检验。

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基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇7

美国物流协会定义, 自动导引车 (Automated Guided Vehicles, AGV) 是指装有电磁或光学等自动导引装置, 能够沿着规定的导引路径行驶, 具有安全保护以及各种移载功能的搬运车。AGV系统主要用于无人化车间、柔性生产系统、柔性装配系统、柔性搬运系统和自动化仓库, 以实现生产物流和仓储物流自动化管理[4]。

本文通过介绍AGV及其发展现状, 提出了一种基于MATLAB语言的AGV运行故障仿真思想, 并结合具体实例进行仿真, 为AGV的选型提供了一种参考思路。

1 AGV发展现状[5—9]

1953年, 第一台自动导引小车在美国Basrrett电子公司开发成功, 它是由一辆牵引式拖拉机改造而成的。早在20世纪50年代末到60年代初期, 已有多种类型的牵引式AGV用于工厂和仓库。

我国研究AGV的起步相对较晚, 是从20世纪80年代开始引进AGV小车系统的。由于AGV具有故障率低, 现场维护简单易行, 能根据不同的需要实现不同的运行速度和动作, 可以大大提高生产效率, 实现柔性化生产的扩展等特点, 且应用技术日趋成熟, 故已广泛应用于汽车、机械、电子、纺织、造纸、印刷出版、卷烟、食品等行业中和车站、机场、邮局、医院、宾馆、办公室等场所。

2 AGV运行故障仿真思想

目前, 世界上约有2万台各种各样的AGV运行在数千座大大小小的仓库中, 使用范围已涵盖大部分行业。因此, AGV运行时的故障问题也越来越值得探讨研究。

AGV系统的作业要求AGV在自动化作业系统中根据工作需要运行, 例如:行驶到A点—装载货物—行驶到B点—卸载货物—行驶到C点—停车等。而每一次执行命令时都可能发生故障;且根据AGV自身的质量, 不同型号的AGV发生故障的概率也不相同。因此, 可以根据这些概率建立简单的数学模型, 分析这些不同型号的AGV发生故障的一些性质, 为厂商提供一种AGV选型的参考思路。

建立一个最简单的AGV运行方案, 如图1所示, 每个过程发生故障的概率分别为p1、p2、p3、p4, 且成功运行一次过程后, 在这一过程发生故障的概率会上升p%。

根据这个简单例子, 编写MATLAB语言程序, 仿真N (N足够大) 次, 观察N次运行发生故障的规律, 部分主要程序如下。

3 实例仿真

分别给出三种AGV发生故障的概率进行仿真, N取10 000次。

1号AGV:p1=0.1%、p2=0.1%、p3=0.1%、p4=0.1%, p%=1%。仿真N次, 其发生故障时所成功运行过程次数的趋势如图2所示。

2号AGV:p1=0.2%、p2=0.2%、p3=0.2%、p4=0.2%, p%=0.5%。仿真N次, 其发生故障时所成功运行过程次数的趋势如图3所示。

3号AGV:p1=0.1%、p2=0.2%、p3=0.2%、p4=0.1%, p%=0.8%。仿真N次, 其发生故障时所成功运行过程次数的趋势如图4所示。

将上述三种仿真结果总结概括如表1所示。

4 结语

如今, MATLAB已成为许多研究人员分析建模的仿真工具。自动导引车是自动化物流技术的三大标志之一, 其小车运行故障越来越受到重视。介绍了AGV及其发展现状, 提出了一种基于MATLAB语言的AGV运行故障仿真思想, 并结合具体实例进行仿真, 为AGV的选型提供了一种参考思路。

参考文献

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基于matlab电力系统故障分析与仿真 篇8

关键词：秃杉；Matlab；种群竞争模型；Simulink仿真

中图分类号： S718.54+1 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）07-0175-04

收稿日期：2014-03-25

基金项目：国家公益性行业科研专项（编号：201104053）。

作者简介：李骄（1982—），男，重庆合川人，硕士研究生，主要从事森林资源管理与评价研究。E-mail：48965058@qq.com。

通信作者：许彦红，男，云南易门人，硕士，副教授，主要从事森林测计学、森林资源经营管理与评价方面的研究。E-mail：xyhong64@163.com。秃杉（Taiwania flousiana）属裸子植物杉科台湾杉属，是中国特有的世界珍稀植物，现为我国一级保护植物，天然分布于我国湖北省西南部、贵州省东南部及云南省西部等地，垂直分布海拔高度800～2 500 m[1]。目前国内对于秃杉林竞争研究只是简单地通过Hegyi单木竞争方程计算其竞争指数，并未从宏观上对秃杉林与不同伴生树种间的种群竞争进行数学建模与分析，无法直观得出相应的竞争干扰程度结果，从而不能准确地对秃杉林进行经营策略指导。本研究引入 Lotka-Volterra 生态学数学竞争模型对秃杉林种群建模并进行Simulink仿真分析，采用系统、科学、客观的分析方法，利用Matlab平台对实地调查所得的原始数据进行因子指标分类，然后回归诊断分析得出秃杉与其竞争种群间在不同竞争平衡模式下的内在联系，为进一步确定合理的秃杉林经营密度，制定合理的经营管理措施，提高秃杉林经营管理水平提供科学的理论依据，对秃杉人工林的可持续经营具有十分重要的意义。同时，本研究是计算机建模仿真技术在林业领域应用的重要发展方向。

1Matlab建模平台与Simulink仿真

Matlab是matrix与laboratory 2个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室），是主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。借助于Matlab强大的数据处理、图形处理能力，可以方便快捷高效地解决数学建模中的各种问题[2]。Simulink是Matlab中的一种可视化仿真工具，是一种基于Matlab的框图设计环境，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中[3]。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或2种混合的采样时间进行建模。Simulink与Matlab紧密集成，可以直接访问Matlab大量的工具来进行算法的研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义[4]。

2种群竞争数学模型与仿真结构图构建

2.1种群竞争模型建立原理

4秃杉种群竞争平衡模式对应的经营策略

通过研究秃杉种群竞争模型仿真与3种种群竞争模式得出了以下秃杉林人工经营策略。

（1）要达到最优竞争模式（P1平衡点），需要提升秃杉种群N1所占的份额。首先要做好秃杉幼林郁闭前的抚育工作，幼林抚育的内容主要应从土壤管理入手，通过松土、除草改善土壤的理化性质，排除杂草、灌木对幼林的竞争[19]；其次对林木本身进行必要的抑制调节，如除蘖、平茬、间苗等，使幼林成林，到提升N1的效果。

（2）针对最差竞争模式（P2平衡点）的情况，需要降低N2所占份额。在营林上可以考虑采用抚育间伐与合理混交2种措施。幼林郁闭后，林木的个体逐渐增大，主要表现在冠幅、树高、直径方面的增加，林木与林木、林木与灌木或草本的竞争随之逐渐增加，这时需要对密度较大的秃杉林分进行适度

抚育间伐。若间伐强度过大，虽然可以减轻秃杉种群与竞争种群之间的竞争，但林分单位面积的生长量会减少；若间伐强度过小，则达不到抚育效果，解决不了林木激烈竞争的趋势。此外，还要及时修枝，对不利于优良木生长的病腐木、被压木、生长畸型的林木及时清理[20]，使秃杉有一个良好的生长环境。造林密度和混交树种及比例影响林分生长发育全过程。造林密度不同，混交树种及比例不同，林分郁闭、林木开始激烈竞争的时间及激烈程度不同。密度过大，郁闭越早，竞争时间越提前，会影响林分生长；密度过小，林木个体在单位面积上株数较少，不能很好利用营养空间。而秃杉与伴生树种种群混交密度应该遵循参数优化后秃杉种群竞争方程组中的标准化种群密度u1和u2来确定。

（3）林地内环境的保护管理。在研究的数学模型中，秃杉种群与其他竞争种群竞争所需的前提环境资源如阳光、水源、土壤等为固定值，所以在林地内应保护好地被物，禁止人为干预枯枝落叶层，以免破坏森林内营养元素的循环。如果林内没有枯枝落叶，营养元素的循环得不到保证，林地涵养水源能力差，导致地表水大量流失，土壤含水量低；同时由于地表径流、土壤流失大，林木所需的养分和水分不足，从而加剧林木的竞争。

5结论

随着计算机技术的不断发展，计算机在林业领域中的应用已经从相对简单的多媒体计算机技术时代进入了更高层次的计算机建模仿真技术时代。本研究利用生态学数学模型研究秃杉种群与其他竞争种群空间资源争夺结果，并建立了3种竞争模式。本研究通过Matlab进行数值模拟与Simulink仿真分析，得出3个种群竞争平衡点模式，并基于模型参数数值模拟图给出了腾冲县秃杉人工林经营策略建议。

nlc202309012230

本研究是国家公益性行业科研专项“秃杉大径材人工培育关键技术研究（201104053）”的內容之一，研究成果已应用于试验示范区建设。随着数字化林业、林业信息化的推广，计算机仿真模拟技术将会在林业行业得到更加广泛的应用。

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