1 引言
控制系统计算机仿真是应用现代科学手段对控制系统进行科学研究的十分重要的手段之一。利用仿真工具对控制系统进行设计与仿真，可以有效地对比各种控制模型与方案，选取并优化相关控制参数，从而对整个控制系统的性能进行优化与提高，尤其是对于一些新型控制理论与算法的研究，进行系统仿真更是必不可少的。
MATLAB是MathWorks公司1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。目前已发展成为国际公认最出色的数学应用软件之一。其强大的扩展功能为各领域的应用提供了基础。它面向控制领域推出的建模可视化功能Simulink和模糊控制、神经网络、控制系统等工具箱为控制系统的仿真提供了有力的支持，极大地推动了仿真研究的发展。
本文的设计主要建立在双闭环系统的理念之上。该系统是近期来说同种类型的系统当中，应用最为广泛的系统。其有着很多比别的系统更加出色的优点，例如，与其他系统相比，其动态响应更快、抗干扰能力也更强。双闭环直流调速系统在很多行业都有应用，由于直流电动机的起动制动性能较为优秀，可以非常顺畅地调节速度，因此，本文采用这种系统来设计直流调压调速控制系统。
2 直流调压调速控制系统的设计
2.1 本文所述系统的总设计
本文所述系统采用的是普遍使用的三相桥式整流电路，所设计出来的直流调压调速控制系统具有能够无静差调速、系统稳定等优点。
2.2 本文所述系统的组成和设计
本文所述系统原理的框图如图1所示。
2.2.1 电流截止负反馈系统
本文所述设计需要令系统实现转速的负反馈和电流的负反馈，因此，本文为了实现这两个机制，在设计的系统当中设计了两个分别用来调节电流和转速的调节器。把调节电流的调节器放在了稍靠内部的部分，把另一个调节器放在了外部。这两个调节器一内一外，共同组成了双闭环调速的系统。
2.2.2 电流调节器的设计
本文设计当中的一些相关数值，整流装置滞后时间常数Ts=0.0017s;电流滤波时间常数Toi;三相2桥式电路的每个波头的时间3.3ms。
为了使系统能够更平稳地工作，这些数值应该遵守公式（1～2）Toi=3.3ms，根据此公式，可以计算得出Toi的数值，即为0.002s;根据上述数值，可以求出电流环小时间常数的和，用
T∑i符号来表示。根据计算得出T∑i=Ts+Toi=0.0037s。接下来需要计算出电磁时间常数的具体数值，其用Tl符号来表示。根据之前所得出的数值可以求出电枢回路总电感，具体公式為：Ll=K1==10.17mH，随后便可以根据公式得出Tl的值：Tl===0.0182s。
2.2.3 选择电流调节器的结构
根据本文的设计要求，要保证σi≤5%，除此之外，还要尽量维持稳态电流没有静差，所以根据以往设计，本文的设计可以采用典型I类型系统来设计上述提到的电流调节器，根据其他要求，具体使用的为PI型。该种类型的传递函数是WACR（s）=。
根据各项数值，可以计算得出：==4.92，将此数值与抗干扰性表格中的数值相对比，可以得出此数值符合要求的结论。
2.2.4 计算电流调节器的参数
本文所述系统还需要计算出ACR比例系数，具体计算的过程如下：
由τi=Tl=0.0182s;KITΣi=0.5;KI===135.1S-1可以计算出Ki==135.1×0.0182×0.56/（36×0.024）=1.594，即为ACR比例系数。
3 基于MATLAB/SIMULINK的调速系统的仿真
在进行完上文所述的各个设计过程之后，可以利用相关软件对设计出的系统进行仿真工作。需要建立起相关的动态数学模型，将已经求出来的数值代入就可以得到动态模型。
为了分析本文设计出的模型的特性，需要在两个调节器的输出端设置相应的限幅值，根据本文的设计的模型的相关数值，选取的限幅值是±13V。选取完数值之后，就可以正式对本系统进行仿真。
根据仿真结果，可以非常直观地看出系统中转速的变化，根据仿真结果的数值，可以计算出转速的超调量δn≈×100%=1.67%。
这个数值表示所设计出的系统的仿真结果在大体上满足了最初设计的要求，但是与理论计算相比，还是有一定量的误差。例如，在0.9～1.3s，系统出现了扰动现象，但在出现之后的很短一段时间之后，转速又达到了稳定的状态。这就是本系统设计的两个调节器在起作用，因此，此次仿真基本满足设计的要求。
4 结语
本文设计出的系统在进行仿真实验之后被证明是符合要求的，因此，对于不同的能够应用到本系统的场景，相关人员可以根据具体情况作出适当的调整，使办事效率更加迅速。传统的PID控制器结构简单，具有一定的鲁棒性，容易实现，稳态无静差，控制精度高，能满足工业过程的要求。因此，长期以来广泛应用于工业过程控制，并取得了良好的控制效果。但是，实际上，利用参数整定的经典PID控制的超调量比模糊自适应PID控制的超调量要大。大多数工业过程不同程度的存在非线性、大滞后、参数时变性和模型不确定性，因而普通的PID控制器难以获得满意的控制效果。模糊控制不要求被控对象的精确模型且适应性强。而本文提出的模糊自适应PID控制器在控制回路上仍保留PID调节器，采用Fuzzy推理方法作为常规PID控制器的调整机构，它将操作人员长期实践积累的经验知识用控制规则模型化，运用模糊推理对PID参数实现了最佳调整。在MATLAB环境下，通过模糊逻辑工具箱和SIMULINK可以快速有效地完成模糊自整定PID控制器的仿真。模糊控制用模糊集合和模糊概念描述过程系统的动态特性，根据模糊集和模糊逻辑来作出控制决策，它在解决复杂控制问题方面有很大的潜力，可以冬天地适应外界环境的变化。从仿真结果可见控制器具有良好的动态、稳态性能，对于非线性系统的过程控制可以取得良好的控制效果。因此，如何选择变量的合适的隶属度函数、论域和语言值、模糊规则表及控制器的结构，来实现对系统在超调量、上升时间、过度时间及稳定性等方面的最优控制，是要今后做的工作。
【参考文献】
[1] 吴燕翔，张朝君，周超群，等.基于参数自整定模糊PID双闭环直流调速系统的设计仿真[J].化工自动化及仪表，2019（02）：136-139.
[2] 刘金琨.先进PID控制MATLAB仿真[M].北京:电子工业出版社,2019
[3] 陶永华.新型PID控制及其应用[M].北京:机械工业出版社,2020
