滞后系统控制策略及仿真研究

　　一、引言

　　在现代工业生产过程中，普遍存在着时滞，典型的时滞工艺过程有皮带输送过程、管道输送过程及大多数热力过程等。滞后产生的主要原因有：对系统变量的测量、系统中设备的物理性质或信号的传递等。这类控制过程的特点是：当控制作用产生后，在滞后时间范围内，被控参数完全没有响应，使得系统不能及时随被控制量进行调整以克服系统所受的扰动。所以这些对象的纯滞后时间对控制系统的控制性能都极为不利，它使系统的稳定性降低，动态特性变坏。国内外学者对滞后系统进行了许多新的控制策略研究，肖军等提出了滞后系统的前馈-反馈预估控制。马军爽等提出模糊RBF神经网络控制。文定都等针对纯滞后系统提出神经网络Dahlin控制。

　　二、滞后系统控制策略

　　2.1常规控制系统

　　在纯滞后系统控制中，为了充分发挥PID的作用，改善滞后问题，主要采用常规PID的变形形式：微分先行控制和中间微分反馈控制。

　　微分先行控制和中间微分控制都是为了充分发挥微分作用提出的。微分的作用是导前，根据变化规律提前求出其变化率，相当于提取信息的变化趋势，所以对滞后系统，充分利用微分作用可以提前预知变化情况，进行有效的“提前控制”。在微分先行控制方案中，微分环韦的输出信号包括了被控参数及其变化速度值。将它作为测量值输人到比例积分调节器中，这样使系统克服超调的作用加强，从而补偿过程滞后，达到改善系统控制品质的目的。与微分先行控制方案的设想类似，采用中间微分反馈控制方案能加快系统的反应速度进而改善系统的控制质量。微分先行和中间微分反馈方法都能有效地克服超调现象，缩短调节时间而且不需特殊设备。因此，这两种控制形式都具有一定的实际应用价值。但是这两种控制方式都仍有较大超调且响应速度很慢，不适于应用在控制精度要求很高的场合。

　　2.2史密斯补偿控制

　　为了从根本上采取措施消除或部分消除滞后对控制系统控制品质的影响，发展了补偿控制方法。补偿控制方案是有目的地对滞后进行补偿，这种方法比微分先行和中间微分反馈方法更能起到提高纯滞后系统控制质量的目的。补偿控制是由史密斯最早提出来的，后来经过不断的研究与改进提出了许多修正的补偿控制方案。

　　纯滞后补偿控制的基本思路是：在控制系统中某处采取措施(如增加环节或增加控制支路等)，使改变后系统的控制通道以及系统传递函数的分母不含有纯滞后环节，从而改善控制系统的控制性能及稳定性等。