【正文】 性常常包括很多非線性因素，而且工藝參數(shù)也常顯分布狀態(tài)，很難用簡單的線性集中參數(shù)來推導其動態(tài)特性，所以常常借用實驗方法來測取其動態(tài)特性。嚴格而言，很多文獻將工藝過程的純滯后系數(shù) ? 和慣性時間常數(shù) T的比值 T/? 作為一個衡量純滯后大小的指標。 （ 1） 純滯后和大滯后 在 大多數(shù)的 工業(yè)生產(chǎn)過程中，極大部分工藝過程的動態(tài)特性往往是既包含一部分純滯 后 特性 又包括一部分慣性特性，這種工藝過程就稱為具有純滯后的工藝過程。這種純滯后一般有兩種 :一種是取樣脈沖導管太長而引起的純滯后，另一種是測量系統(tǒng)中取樣后進行處理分析和切換等待的 時間所造成的純滯后(可達數(shù)分鐘以上 )。 另外，在一些工業(yè)對象的調(diào)節(jié)過程中，測量裝置會存在較大的純滯后。 所以 ，滯后過程必然會產(chǎn)生較明顯的超調(diào)和較長的調(diào)節(jié)時間。這時起始端物料流量的改變要引起終端產(chǎn)品質(zhì)量指標發(fā)生改變，必然要經(jīng)過一個較長的時間間隔，這個時間間隔一方面包括物料由起始端到終端的傳輸時間，另一方面包括物料在中間設(shè)備中的停留時間和處理時間，這兩個時間有時甚至達數(shù)十分鐘。例如，在生產(chǎn)過程中常有這樣的操作情況：一個流水作業(yè)線或物料加工過程終端產(chǎn)品的質(zhì)量指標是用改變作業(yè)線起始端的輸入物料調(diào)節(jié)的。當然，對檔案館內(nèi)溫度的 控制也是如 此。 譬如對于大型檔案館的溫濕度控制，就是存在純 滯后較大的實 際對象。對于滯后時間相對較大的系統(tǒng)， Smith 提出了預(yù)估補償?shù)姆椒?，通過補償環(huán)節(jié)來消除或減弱閉環(huán)系統(tǒng)中純滯后因素的影響。所以，含有純延遲的過程被公認為是較難控制的過程，其難控制程度隨著純滯后時間與整個過程動態(tài)時間參數(shù)的比例增加而增加。這類控制過程的特 點是：當控制作用產(chǎn)生后，在滯后時間范圍內(nèi)，被控參數(shù)完全沒有響應(yīng)，使得系統(tǒng)不能及時隨被控制量進行調(diào)整以克服系統(tǒng)所受的擾動。滯后是過程控制系統(tǒng)中的重要特征，滯后可導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 被控對象時滯與其瞬態(tài)過程時間常數(shù)值比較大，采用通常的控制策略時，不能實現(xiàn)系統(tǒng)的精度控制，甚至會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。 2 1 純滯后理論概述 純滯后相關(guān)定義 及其工藝過程 純滯后 相關(guān)定義 所謂純滯后是一種時間上的延遲，這種延遲是從 引起動態(tài)要素變化 的時刻到輸出開始變化的時刻 的 這一段時間。 本文 通過 純滯后工藝過程 描述了純滯后系統(tǒng) 的特性，從這個特性可以知道 被控對象大多數(shù)都有純滯后特性。 近幾年來，以模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)和遺傳算法為主要內(nèi)容的智能控制技術(shù)，得到了充分的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。只要對象的模型較精確 ， Smith方法的效果是比較理想的。這 時 實際的控制效果不會與設(shè)計要求相去甚遠。 譬如運用Nyquist法分析純滯后系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，用 Pade近似方法將純滯后環(huán)節(jié)近似為線性系統(tǒng)進行根軌跡的分析綜合等。1 緒 論 在現(xiàn)代科學的眾多領(lǐng)域中， 純滯后對象的控制一直是人們研究的重要課題。 早期的研究主要是運用線性系統(tǒng)的經(jīng)典方法對純滯后系統(tǒng)進行分析設(shè)計。但總的來說，當系統(tǒng)滯后時間較小時，只要我們設(shè)計時給予充分的考慮就可以了。對于滯后時間相對較大的系統(tǒng)， Smith 提出了預(yù)估補償?shù)姆椒?，通過補償環(huán)節(jié)來消除或減弱閉環(huán)系統(tǒng)中純滯后因素的影響。 上世紀 80 年代起，隨著自動控制理論、實踐的深入發(fā)展和廣泛應(yīng)用，最優(yōu)控制、魯棒控制、變結(jié)構(gòu)控制、 H?控制以及預(yù)測控制等現(xiàn)代控制理論也逐步地應(yīng)用到純滯后的系統(tǒng)中來，并取得了一定的成果。尤其是它與傳統(tǒng)的控制技術(shù)相結(jié)合，成功地解決了采用傳統(tǒng)控制技術(shù)難以控制的控制對象 (特別是對象模型難定的情況 )，在工程應(yīng)用中有著強大的 生命力并得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù) 純滯后控制系統(tǒng)的基本特點和純滯后控制系統(tǒng)的設(shè)計以及純滯后控制系統(tǒng)控制器參數(shù)整定等基礎(chǔ)知識，并通過實例 常規(guī)模糊控制器在純滯后系統(tǒng)中的應(yīng)用來理解和深化對 純滯后控制系統(tǒng)的理解。存在時間延遲的對象 就稱 為具有純滯后的對象 ， 簡稱為純滯后對象或滯后對象， 實際被控對象大多數(shù)都有純滯后特性 。通常認為當被控對象時滯與其瞬態(tài)過程時間常數(shù)之比大于 ，被控系統(tǒng)為純滯后系統(tǒng)。有些系統(tǒng)滯后較小這時人們?yōu)榱撕喕刂葡到y(tǒng)設(shè)計，忽略了滯后；但在滯后較大時，不能忽略，當被控對象的時滯與其瞬態(tài)過程時間常數(shù)之比大于 ，被控系統(tǒng)應(yīng)按純滯后系統(tǒng)設(shè)計。因此，這樣的過程必然會產(chǎn)生較明顯的超調(diào)量和需要較長的調(diào)節(jié)時間。 但總的來說，當系統(tǒng)滯后時間較小時，只要我們設(shè)計時給予充分的考慮就可以了。 純滯后 工藝過程 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，極大部分工藝過程的動態(tài)特性往往是既包含一部分純滯 后 特性又包括一部分慣性特性，這種工藝過程就稱為具有純滯后的工藝過程。在長沙地區(qū)，夏天的空氣相對濕度一般而言是比較大的， 在檔案館進行 適當?shù)某凉癫僮魇欠浅Ｓ斜匾模谶M行除濕動作以后，檔案館內(nèi)的相對 濕 度要相應(yīng)得到降低則需要一段時間的延遲。純滯后環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系（如圖 11）所示 : 3 圖 11純滯后環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系 除過程本身的純滯后以外，多 個設(shè)備串聯(lián)也會引起系統(tǒng)的純滯后。中間往往要經(jīng)過很多道加工工序，或是要經(jīng)過很多工藝設(shè)備。 在這些過程中，由于純滯后的存在，使得被調(diào)量不 能及時反映系統(tǒng)所承受的擾動或系統(tǒng)的給定， 即使測量信號到達調(diào)節(jié)器使得 調(diào)節(jié)器立即工作，也需經(jīng)過純滯后時間 ? 以后 (如圖 11)， 這時 輸出才能作用到被控量上使之受到控制。因此，調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在純滯后會造成閉環(huán)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)下降，純滯后愈大則系統(tǒng)控制品質(zhì)就愈差。 這在成份分析儀表及質(zhì)量儀表中較常見。在測量系統(tǒng)中存在的純滯后同樣會使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)不及時而導致系統(tǒng)控制品質(zhì)變差。大多 數(shù)的工業(yè)過程可以描述為如下兩種簡化形式 : 1??TSKes? （ 11） )1)(1( 21 ???STST Kes? （ 12） 式 (11)所示的工業(yè)過程稱為具有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié) ， 而式 (12)所示的工業(yè)過程稱為4 具有純滯后的二階慣性環(huán)節(jié)。若 T/? 后的工藝 過程，而當 T/? (即大滯后 )的工藝過程。 對于大多數(shù)工藝過程，所測得的反應(yīng)曲線常常 （ 如 圖 12） 所示。例如，當工藝過程的負荷 改變會引起管道中物料的流速改變，這種純滯后時間也相應(yīng)改變。因考慮到變參數(shù)系統(tǒng)分析的復(fù)雜性，所以一般都處理為定純滯后系統(tǒng)。 純滯后對象的控制問題 純滯后對象的控制一直是人們研究的重要課題。 （ 2） 檢測困難 。 （ 4） 難以保證長期運行的穩(wěn)定性與可靠性。由于純滯后的存在，使得其控制具有特殊性。在常規(guī)的控制算法有 :大林算法、史密斯預(yù)估控制算法、無振蕩控制算法、最5 小方差和最優(yōu)控制算法等。在一些實際工程中，經(jīng)常遇到純滯后調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它們的滯后時間比較長。人們更感興趣的是要求系統(tǒng)沒有超調(diào)量或只有很小超調(diào)量，而調(diào)節(jié)時間則允許在較多的采樣周期內(nèi)結(jié)束。對于這樣的系統(tǒng)，用一般的隨動系統(tǒng)設(shè)計方法是不行的，用 PID算法效果也欠佳。其目標就是使整個閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 相當于一個帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)。 1） 大林算法中 D(z)的基本形式 ： 設(shè)被控對象為帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)或二階慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)分別為1)( 1 ?????sc KesG （ 13） )1)(1()( 21 ????ss KsGsec ??? （ 14） 其中 為被控對象的時間常數(shù)， NT?? 為被控對象的純延遲時間，為了簡化，設(shè)其為采樣周期的整數(shù)倍，即 N為正整數(shù)。由上式可知，它與被控對象有關(guān)。 6 2） 一階慣性環(huán)節(jié)的大林算法的 D(z)基本形式 ： 當被控對象是帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)時，由式（ 13）的傳遞函數(shù)可知，其脈沖傳遞函數(shù)為 ： 111111111111111)1(111111111]1111[)1(]1111[]1111[]11[]11[])1([])1([]11[)(??????????