纯时滞系统 - 文档网

针对纯滞后系统神经网络Dahlin控制的研究

针对纯滞后系统神经网络Ｄａｈｌｉｎ控制的研究文定都　

针对纯滞后系统神经网络Ｄａｈｌｉｎ控制的研究　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｎｅｕｒａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｄａｈｌｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　Ｄｅａｄ　Ｔｉｍｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　

支定都　

（湖南工业大学冶金校区电气工程系，湖南株洲４１２０００）　

摘要：针对传统的基于Ｄａｈｌｉｎ算法的控制器在大惯性、纯滞后、时变性、非线性对象的控制效果不佳，甚至发生不稳定现象的弱点，　提出了以ＣＭＡＣ神经网络与Ｄａｈｌｉｎ算法相结合的控制方法。以ＣＭＡＣ神经网络作为一个前馈控制器，实现时滞系统的自适应稳定控　制。仿真实验表明，这种复合控制方法保留了Ｄａｈｌｉｎ算法与ＣＭＡＣ神经网络的各自特长，同时具备学习速度快、适应能力强的优点，　具有良好的稳定性和控制效果。　关键词：ＣＭＡＣ神经网络Ｄａｈｌｉｎ算法前馈控制器纯滞后系统　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标志码：Ａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｄａｈｌｉｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｏｂｊｅｃｔｓ　ｆｅａｔｕｒｉｎｇ　ｌａｒｇｅ　ｉｎｅｒｔｉａ，（ｋａｄ　ｔｉｍｅ，ｔｉｍｅ　ｖａｒｙｉｎｇ　ａｎｄ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ，ｉ．ｅ．，ｈａｒｍｆｕｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｅｆｆｅｃｔ，ｅｖｅｎ　ｕｎｓｔａｂｌｅ，ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ＣＭＡＣ　ｎｅｕｒａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｎｄ　Ｄａｈ—　ｆｉｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｓ　ｓｔａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ＣＭＡＣ　ｎｅｕｒａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｗｏｒｋｓ　ａｓ　ｔｈｅ　ｆｅｅｄ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ　ｓｅ￣ａｄａｐｔｉｖｅ　ａｎｄ　ｓｔａｂｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　ｔｉｍｅ　ｄｅ—　ｌａｙ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｖｅｒｉｆｉｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｋｅｅｐｓ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｂｏｔｈ　Ｄａｈｌｉｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ａｎｄ　ＣＭＡＣ　ＮＮ，ａｎｄ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｆａｓｔ　ｌｅａｍｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ，ｈｉｇｈ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ａｄａｐｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ　ａｎｄ　ｓｔａｂｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｅｆｆｅｃｔｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＭＡＣ　Ｎｅｕｒａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｄａｈｌｉｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　Ｆｅｅｄ—ｆｏｒｗａｒｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ｄｅａｄ　ｔｉｍｅ　ｓｙｓｔｅｍ　

时滞系统的自适应模糊控制研究

第３Ｏ卷第３期　２００７年９月　长春理工大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＣｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏｌ＿３Ｏ　ＮＯ．３　Ｓｅｐ．２００７　

时滞系统的自适应模糊控制研究　

吴琼，张晨洁，于浩，尹紫光　

（长春理工大学，长春１３００２２）　

摘要：本文介绍了一种不依赖模型的线性时滞系统智能化控制方法。该方法根据偏差ｅ和偏差变化ｅｃ与ＰＩＤ控制　

器三个参数之间的关系，利用模糊控制原理对ＰＩＤ参数进行在线修正，使被控系统具有良好的动静态特性和抗干扰　

能力。通过Ｍａｔｌａｂ软件仿真研究和实验验证了该控制方法的有效性。　

关键词：自适应模糊控制；时滞系统；Ｍａｔｌａｂ仿真　

中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—９８７０（２００７）０３—００３０—０４　

Ａｕｔｏ・ａｄａｐｔｅｄ　ｆｕｚｚｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｔｉｍｅ－ｄｅｌａｙｅｄ　Ｓｙｓｔｅｍ　

ｗＵ　Ｑｉｏｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｃｈｅｎｊｉｅ，ＹＵ　Ｈａｏ，Ｙ　Ｚｉｇｕａｎｇ　

（Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００２２）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ａ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗｈｉｃｈ　ｄｏｅｓ　ｎｏｔ　ｒｅｌｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｔｈｅ　ｌｉｎｅａｒ　ｔｉｍｅ・－ｄｅｌａｙｅｄ　ｓｙｓ－・　

ｔｅｍ．Ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｐｐｌｉｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓ　ｈｉｐｓａｍｏｎｇｅ，ｅｃ　ａｎｄ　ＰＩＤ　ｔｈｒｅｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｆｕｚｚｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｉｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｎ　ｌｉｎｅ　

ｒｅｖｉｓｉｏｎ　ｆｏｒ　ＰＩＤ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｍａｔｌａｂ　ａｎｄ　

时滞系统的计算机嵌入式控制方法

ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５－５０９Ｘ.２０１９.０３.００８时滞系统的计算机嵌入式控制方法赵硕伟ꎬ赵　乾(新疆轻工职业技术学院电气技术分院ꎬ新疆乌鲁木齐　８３００２１)摘要:为提高时滞系统的控制精度ꎬ采用一种计算机嵌入式控制方法ꎬ结合Ｓｍｉｔｈ预估算法和ＰＩＤ控制算法设计了一种控制策略ꎬ通过预先判断系统动态性能ꎬ并及时反馈到ＰＩＤ控制器ꎬ实现了控制器参数的在线整定ꎮ详细讨论了嵌入式系统的设计与实现方法ꎬ创建了完整的嵌入式控制系统软件平台ꎬ该平台可用于解决工业控制系统的滞后问题ꎮ仿真结果表明:Ｓｍｉｔｈ预估算法能够减小系统超调量ꎬ提高响应速度ꎮ关键词:时滞系统ꎻＳｍｉｔｈ预估算法ꎻＰＩＤ控制ꎻ嵌入式系统中图分类号:ＴＰ２７３文献标识码:Ａ文章编号:２０９５－５０９Ｘ(２０１９)０３－００３５－０３在工业生产过程中ꎬ时滞现象普遍存在ꎬ且大多发生在能量或物料的传递过程中[１]ꎮ时滞现象容易导致一些问题ꎬ例如:系统变化无法及时反馈到输入端ꎻ扰动不易察觉ꎻ控制作用滞后ꎻ调节效果反馈不及时等[２－３]ꎮ因此时滞不仅会大大降低系统稳定性ꎬ还会导致超调量过大、调节时间过长ꎬ严重影响控制效果ꎮ时滞系统一直是控制的难点[４－５]ꎬ为解决此问题ꎬ国内外学者进行了众多研究ꎬ其中比较典型的就是基于Ｓｍｉｔｈ预估控制器实现ＰＩＤ(ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎꎬ比例、积公、微分)参数的在线整定ꎬ以补偿时滞现象带来的不利影响[６]ꎮ例如:ＭａｊｈｉＳ.和ＡｔｈｅｒｔｏｎＤ.Ｐ.等详细阐述了一种Ｓｍｉｔｈ控制器参数自整定方法ꎻ王华强、张毅等设计了一种自适应Ｓｍｉｔｈ预估控制器ꎮ纵观国内外相关资料ꎬＳｍｉｔｈ预估控制器大多以鲁棒性、最小二次型最优等性能指标作为基础从而实现参数自整定ꎬ进而改善控制系统性能[７－８]ꎮ在时滞系统中加入Ｓｍｉｔｈ预估补偿控制器不仅具有理论意义ꎬ而且具有较好的经济效益ꎬ因此Ｓｍｉｔｈ预估控制器仍然是研究重点ꎮ本文以时滞系统为研究对象ꎬ将Ｓｍｉｔｈ预估算法和ＰＩＤ控制相结合ꎬ以实现ＰＩＤ参数自整定ꎬ同时还设计了一种计算机嵌入式控制系统ꎮ１　控制系统设计１.１　Ｓｍｉｔｈ预估控制原理Ｓｍｉｔｈ预估控制原理可描述为:将被控对象与一个补偿环节并联ꎬ以补偿其纯滞后部分ꎮ文中将并联的补偿环节定义为预估器ꎮ定义被控对象的传递函数为Ｇ(ｓ)ｅ－τｓꎬ那么预估器的传递函数可表示为Ｇ(ｓ)(１－ｅ－τｓ)ꎮ系统框图如图１所示ꎮ

大时滞过程控制系统及MATLAB仿真

西安科技大学研究生考试试卷

学号 201206273

姓名陈体军

所在学院

电气与控制工程学院

学科、专业仪器仪表工程

考试科目先进控制理论与

高级控制装置

考试日期 ________________

课程学时 ________________

开（闭）卷 ________________ 题号

分数阅卷人

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

总分

注意事项

1、考生必须遵守考场纪律。

2、答题必须写清楚题号。

3、字迹要清楚，保持卷面整洁。

4、试题随试卷一起交回（试题写在黑板上时，答题时应抄写题目）。

先进控制理论与高级控制装置期末论文

题目：大纯滞后过程控制及MATLAB仿真

Subject: Big pure lag process control and MATLAB

simulation

学号: 201206273

姓名：陈体军

专业: 仪器仪表工程

摘要

纯滞后系统在现代工业生产过程中是广泛存在的，精确控制难度较大。因此，纯滞后系统是控制理论研究的一个重要领域，特别是很多温度、流量等控制系统都是具有纯滞后的系统，对它的研究有着很重要的现实意义；针对这一问题，本文探讨了几种较为成熟的纯滞后系统常规控制方法，微分先行控制、中间微分反馈控制、史密斯预估补偿以及它的改进算法等。

首先，本文分析了纯滞后系统的特点，提出了现阶段的控制方法，常规控制方法和智能控制方法，本文重点介绍了常规控制方法，其中史密斯预估补偿控制效果突出，在实际应用中较为广泛，最后对改进型史密斯预估补偿控制进行了实例分析并仿真，结果表明,史密斯控制具有更好的稳定性,对于大时间滞后系统是一种比较实用的控制方法。

时滞系统的Fuzzy_PID复合控制研究

工业控制领域中复杂的、具有不确定性的系统

难以建立精确的数学模型，用经典控制理论无法实

现有效控制。在这样的背景下，人们开始将基于模

糊数学、模糊逻辑规则的模糊理论应用于自动控制

系统中并形成模糊控制理论。

设计控制器的目的是根据被控对象以及给定的

技术指标，将构成控制器的各元件与被控对象适当

组合后构成的包含控制器的闭环控制系统，满足表

征控制精度、阻尼程度和响应速度的性能指标要求。

PID控制器是一种线性调节器，这种控制方法

能满足大多数工业过程的需要，但对一些复杂、参

数慢时变并受随机干扰影响的系统，要求在PID控

制中不仅PID参数的整定不依赖于对象数学模型，

而且PID参数能在线调整，这样才能满足实时控制

的要求[1]。而以前提出的种种PID控制策略不具有

通用性，只能针对某些具体对象适用；模糊控制较

PID调节器具有更快的响应速度，但由于模糊控制

隶属函数和控制规则表的确定主要依赖于专家经

验手动控制策略、经验、知识来制定的，因此，模糊

控制具有人工智能学科的特征[2]：比如控制表的计

算，距输入量化论域中心越远，计算出的模糊控制器的反模糊化值误差越大，需要凭借专家经验调整控

制量的精确化值；Fuzzy-PID控制器综合了Fuzzy控

制器响应速度快和PID调节器的稳态性能，仿真寻优

整定复合控制器的参数，可以使复合控制系统动态无

振荡，稳态无误差（如设定温度为150℃），提高了工

业现场的加热炉的调节性、抗干扰性和鲁棒性。

1加热炉系统结构原理与框图加热炉具有一阶惯性滞后模型，其传递函数描述为(1)其中T、τ分别为惯性时间常数、滞后时间常数。惯

性可认为是对象储存能量的能力的体现，对加热炉

而言就是对热能的储存能力，加热炉的热容量越

大，当增加或减少燃料流量时，加热炉各段炉温的

上升或下降需要越长的时间[3]；纯滞后则意味着信

号从输入向输出的传输有延时。

此温度控制系统采用模糊控制与PID调节相

结合的方案：在误差≥E时，

利用模糊控制提高响

应速度；

时滞系统稳定性检验的二维方法

时滞系统稳定性检验的二维方法*

肖扬北京交通大学信息科学研究所北京 100044 摘要：由于时滞系统的特征根有无限多个，所以其稳定性检验是困难的。为解决这一问题，我们提出一二维方法检验时滞系统的稳定性。对给定时滞系统的特征多项式，构造一二维s-z混合多项式, 则该二维s-z混合多项式的稳定性可确保该时滞系统为稳定的. 我们提出一二维Routh-Schur检验用于二维s-z混合多项式的稳定性检验。应用举例说明了本文所提方法的可行性。关键词：时滞系统，稳定性，混杂二维多项式，检验定理 2-D Approach for Stability Test of Time-Delay Systems*

XIAO Yang

Institute of Information Science, Beijing Jiaotong University Beijing 100044, P.R. China, E-mail: yxiao@. Abstract: It is difficult to determine the stability of time-delay systems, because the number of eigenvalues of the systems is infinite. To solve the problem of stability test of the systems, we develop a 2-D approach for the stability test of time-delay systems. Constructing a 2-D s-z hybrid polynomial based on the characteristic polynomial of given time-delay system, we show that the stability of the 2-D polynomial can ensure the delay system to be stable, and we develop a 2-D Routh-Schur test for the stability of 2-D s-z hybrid polynomial. Examples have been given to demonstrate the applicability of our new approach. Key Words: time-delay systems, stability, hybrid 2-D polynomials, test theorems 1. 引言许多实际系统，如喷汽发动机，微波振荡器，原子反应堆，轧钢机，船体稳定，化工系统，制造控制系统与无线传输系统等，需要用时滞系统表示。最近，一些论文研究了时滞系统的稳定性[1-3]，但是仍缺少有效而简单的时滞系统的稳定性检验方法。时滞系统的稳定性检验之所以比较难，是因为该系统的特征根有无穷多个。然而, 如果将时滞系统一类特殊的2-D系统[12], 我们也许可解决时滞系统的稳定性检验问题。本文证明时滞系统的特征多项式属于一类2-D S-Z变换混合多项式。基于该结果, 我们导出时滞系统的稳定性检验的2-D 方法。我们证明时滞系统的稳定性可由该2-D S-Z变换混合多项式的稳定性保证。时滞系统可由两种形式定义：状态空间模型与递归模型。时滞系统的状态空间模型为

基于MATLAB仿真的典型时滞系统的二自由度控制分析

第３４卷第４期　２０１２年４月　宜春学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｙｉｅｈｕｎ　Ｃｏｌｅｇｅ　Ｖ０１．３４．Ｎｏ．４　Ａｐｒ．２０１２　

基于ＭＡＴＬＡＢ仿真的典型时滞系统的二自由度控制分析　

张斌，殷永生。黄安　

（江西应用工程职业学院电气工程系，江西　萍乡　３３７０４２）　

摘要：该文主要研究的是在经典ｓｍｉｔｈ预估控制方式的基础上提出典型时滞系统的二自由　度控制，该方法控制过程简单且参数整定直观明了，并利用ＭＡＴＬＡＢ软件仿真并进行比对分析，　

从而得出在系统的输出时间响应上的优略，在实际过程控制中得到了一定的应用。　关键词：时滞系统；二自由度控制；仿真　

中图分类号：ＴＭ６２１．６文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３８０Ｘ（２０１２）０４－００５４－０５　

ＭＡＴＬＡＢ　Ｂａｓｅｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｙｐｉｃａｌ　Ｔｉｍｅ—Ｄｅｌａｙ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｌｌ　Ｔｗｏ　Ｄｅｇｒｅｅｓ　ｏｆ　Ｆｒｅｅｄｏｍ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　

ＺＨＡＮＧ　Ｂｉｎ，ＹＩＮ　Ｙｏｎｇ—ｓｈｅｎｇ，ＨＵＡＮＧ　Ａｎ　（Ｊｉａｎｇｘｉ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｐｉｎｇｘｉａｎｇ　３３７０４２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　Ｓｍｉｔｈ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｔｉｍｅ—ｄｅｌａｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｔｗｏ　ｄｅｇｒｅｅｓ　ｏｆ　ｆｒｅｅｄｏｍ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｓ　ｓｉｍｐｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｔｕｎｉｎｇ　ｉｓ　ｉｎｔｕｉ—　ｆｉｖｅ，ａｎｄ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ＭＡＴＬＡＢ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅ，ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ａｒｒｉｖｅ　ａｔ　ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　

时滞系统控制参数优化的遗传模拟退火算法

第２３卷　第２期　计　算　机　仿　真　２００６年２月　

文章编号：１００６—９３４８（２００６）０２—０５４—０３　

时滞系统控制参数优化的遗传模拟退火算法　

杨磊，田作华，刘山，杨晓军　

（上海交通大学自动控制系，上海２０００３０）　

摘要：该文基于遗传模拟退火算法，提出一种时滞系统的控制参数优化方法，同时对Ｍａｔｌａｂ遗传算法工具箱ＧＡＯＴ进行改　进，使之适用于ＰＩＤ参数的优化。该文所采用的算法保留了遗传算法和模拟退火算法分别在全局和局部搜索能力强的优点，　能克服常规遗传算法中解的早熟现象、局部寻优能力差，难以保证对参数优化的计算效率和可靠性要求等缺陷。研究表明，　改进后的遗传模拟退火算法是一种行之有效的方法，具有实用价值。　关键词：遗传算法；模拟退火算法；时滞系统　中图分类号：ＴＰ２７７　文献标识码：Ａ　

Ｇｅｎｅｔｉｃ　Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　Ａｎｎｅａｌｉｎｇ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｏｆ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　

Ｐａｒａｍｅｔｅｒ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｔｉｍｅ・－・ｄｅｌａｙ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　

ＹＡＮＧ　Ｌｅｉ，ＴＩＡＮ　Ｚｕｏ—ｈｕａ，ＬＩＵ　Ｓｈａｎ，ＹＡＮＧ　Ｘｉａｏ—ｊａｎ　

Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００３０　

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｔｉｃ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ａｎｎｅａｌｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　ｔｉｍｅ—ｄｅｌａｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＧＡ　ｔｏｏｌｂｏｘ—ｂａｓｅｄ　ＭＡＴＬＡＢ　ｉｓ　ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｔｏ　ａｐｐ１ｙ　

ｔｏ　ＰＩＤ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｇｅｎｅｔｉｃ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ａｎｎｅａｌｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｓ　ａ　ｎｅｗ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｇｌｏｂａｌ　ｓｅａｒｃｈｉｎｇ　

大时滞过程控制系统及simulink仿真

课题背景：

在化工、冶金、石油等工业生产过程中，广泛存在较大的纯时间滞后（时延）。纯滞后往往是由于物料或能量需要经过一个传输过程而形成的，例如从阀门动作到压力传感器的变化。

反馈控制系统是以当前观测到的被控对象的输出为依据的，与给定值比较产生偏差，控制器根据偏差提供一个合适的控制信号给执行机构，因此测量对象实际输出就可以使控制作用及时、大小适度。然而，过程控制通道或测量变送元件上的纯滞后将影响系统动态性能，使得系统在输人作用下被控对象不能立即产生效果，从而使控制调节不及时，过渡过程时间加长，系统的超调量增大，导致过渡过程的剧烈振荡，严重地破坏了系统的稳定性。过程扰动通道中的纯滞后对闭环系统的动态性能没有影响，仅使系统的输出对扰动的反应延迟一个纯滞后时间。

从广义角度来说，所有的工业过程控制对象都具有纯滞后性，目前克服大滞后的常用控制方有：改进的常规控制方案、预估补偿方案、采样控制方案。

方案采用原理：

一、 pid控制原理：

（1）比例单位：

成比例地放大或缩小控制系统的偏差信号e（t），只要被控制量偏离其给定的目标值，控制其便会产生与偏差信号成正比的输出信号，通过执行器使偏差减小。

（2）积分单位：

主要用来消除静差，提高系统的无差度。只要被控制量存在偏差，其输出的调节作用便随时间不断加强，直至偏差为零。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越小，积分作用越强，反之则越弱。

（3）微分单位：

反映偏差信号的变化趋势（即变化速率），并能在偏差信号出现或变化的瞬间，立即根据变化趋势，在系统中自动引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的调整速度。

二、预估补偿控制

当系统中纯滞后环节（滞后时间比较大），会导致系统控制不及时，常规PID控制、微分先行控制、中间反馈控制往往难以取得显著效果。而预估计补偿控制按照大纯滞后的工业过程的特性，设想一种模型（补偿器）加到反馈控制系统中，力图使控制之后了τ的被控量提前反映到控制器上，使控制器提前动作，从而显著地减小或补偿了时滞给系统造成的不利影响，有效地降低了系统的超调量和过渡过程时间，提高了系统的控制质量。常见的预估计补偿控制有smith预估。

基于PID控制算法的二阶惯性纯滞后系统设计

霍婷婷

【期刊名称】《《现代电子技术》》

【年(卷),期】2019(042)021

【总页数】6页(P167-171,176)

【关键词】改进PID; 控制算法; 工业控制; 控制流程; 相频特征; 幅频特征

【作者】霍婷婷

【作者单位】宁夏师范学院物理与电子信息工程学院纳米结构及功能材料工程技术研究中心宁夏固原 756000

【正文语种】中文

【中图分类】TN876-34

0 引言

在工业控制过程中普遍存在着大滞后现象，当被控制对象的纯滞后值超过一定的阈值范围后，系统的不稳定性增强，延迟时间变长，对于产品的质量控制水平也会逐渐降低[1-2]。由于系统纯延迟的存在，被控制对象所承受的扰动量无法及时地被反馈到监测系统，即使检测到了信号，被控制量接收到指令也存在一定时长的延迟，增加了系统总体的控制难度。判断系统惯性纯滞后的严重程度常用纯滞后时长与系统动态常数比值来反馈和衡量[3-4]，如果这个动态的比值超过了0.5 个时长，则可以判定这个系统为大滞后系统[5-6]。二阶惯性纯滞后系统的时间滞后不利影响更强，是大时滞过程中较为严重的阶段，对整个控制过程也会造成更为严重的不利影响。在对被控制对象的控制和管理过程中，由于二阶惯性纯滞后现象的存在，会扰乱被控制系统的动态特性，在严重的条件下不仅会导致系统出现震荡和发散的现象发生，还会增加对系统控制器[7-8]的操控难度。

二阶惯性纯滞后现象在多变量的控制系统中更为常见，这是由于多变量系统的耦合方式[9-10]更为复杂，不同的链路通道之间存在着不同的大滞后时间，管理和控制的难度增加。为降低二阶惯性纯滞后现象对工业控制过程造成的不利影响，近年来国内外许多控制领域的研究人员进行了大量的研究，例如文献[11]提出的基于PLC

的控制方法，系统设计的实现过程简单，但控制精度和抗干扰性能都有待提高；文献[12]提出的基于IMC 自适应方法的控制系统设计可以在控制精度上达到一个较高的标准，但可操作性较差，难以得到大规模的推广使用。