1. 研究目的与意义
1.课题研究的现状
近些年来，由于计算机技术、网络通信和现代控制理论的不断发展和日益成熟，人类进入了智能化和信息化时代，同时工业控制系统的发展速度也随之显著加快。然而在各种因素的影响下，系统在实际生产活动过程中经常出现时间延迟，因此称为时滞现象。我们可以按照性质，把系统中的时滞进行划分。常时滞和时变时滞便是其中的一种划分，常时滞的大小保持恒定，与之对应的时变时滞则会因时间的变化而随之变化[1]。对某个确定的控制系统来讲，时滞的产生的原因有很多种可能，一方面有可能因本身的测量元件，控制元件和执行元件而引发，另一方面也有可能是来自测量过程的相关环节，也或者同时来源于两者。广义地讲，时滞作为一种现象，是广泛存在的，不同的只是时滞大小及所带来的影响不同以及根据实际情况来判断时滞现象所产生的影响在处理问题时能否忽略。根据相关定义，在描述滞后的程度的时候，一般用系统纯滞后时间和动态时间常数的比值来表示。特别而言，如果当某个被控系统的该比值大于或等于0.5时，则被对应的称为大时滞系统。同时由于其复杂的特性，大时滞系统一直以来都作为在工业控制中的难点和重点，是人们所必须要面临和克服的[2]。时滞特性会引发一系列问题，诸如系统稳定性下降、对应的控制难度提高，无法良好兼顾稳定性和快速性等等[3]。正因为滞后环节的存在，系统所承受的扰动不能得到及时地反映与处理，进而会导致引发一系列例如控制系统的调节时间变长和稳定性变差等问题，这便使系统的控制方面出现了很大的阻碍[4]。20 世纪五六十年代才形成基本的时滞系统理论知识，使得人们开始关注并重视这一问题。时滞现象普遍存在于控制系统当中，因此怎样能过做到降低时滞现象给系统带来的影响，保证系统的稳定运行成为控制领域内普遍研究的问题[5]。对于时滞现象的各种控制技术，有诸如PID控制，Smith预估补偿，鲁棒控制等的基于模型的控制方法和诸如Fuzzy-Smith法，自适应Fuzzy法，专家系统和神经网络等的无模型控制方法[6]。目前，时滞现象的控制技术已经由经典控制向着智能控制而迈进，呈现出单独进行控制或者二者互相结合进行控制的局面。
PID控制器是一种运用比例、积分、微分计算，在被控系统的误差的基础上，得出所需要的控制量的控制器。该控制是应用范围最广且控制能力最强的基本控制方法，同时也是一种线性控制。PID控制基本原理简易，整定工程相对容易，方便操作人员进行操作，同时由于其优化算法简易、可扩展性好、稳定性高等特性，被广泛运用在工业生产活动控制过程中[7]。对于时滞系统而言，其控制的难题也是关键便是该怎样对主要控制参数进行相应的整定以达到最好的控制效果。选用积分分离、变速积分、不完全微分、微分先行等PID控制优化算法可以改进时滞系统的控制特性， 但由于具体目标通常具备时变性、干扰性强、非线性等特点，因此运用基本PID控制器无法做到预期所要的控制效果[8]。同时在生产制造环节中，由于主要参数整定方式繁杂，基本PID控制器关于主要参数整定性能较差且特性通常不佳[9]。这也表明了PID控制在复杂系统运用中存在很大的局限。
2. 研究内容和问题
研究内容：
在现代工业生产过程中，在所难免地会遇到时滞环节。因此，目前研究的趋势是如何能够较好地补偿时滞并且如何能够恰当地选择相关控制技术，使得时滞过程具有更为良好的控制性能。在实际控制过程中，有的时候可以因滞后现象对系统的影响不大而可以在系统的相关设计或在建模过程中将其忽略。但是往往在很多的工业生产中，诸如滞后时变系统，大纯时滞系统等，由滞后所带来的影响是不能省略的。如果仅依靠普通的常规控制方法来获得所期望的控制成效，该目标的实现也是非常的有难度。时滞现象的存在严重影响了系统的稳定性，导致系统的超调量变大，调节时间变长，甚至出现振荡、发散，系统的动态品质大大下降。所以，明确如何有效地对时滞系统进行控制与采用何种合适的控制策略有着非常重要的实际意义。
3. 设计方案和技术路线
课题的研究方法：（1）熟悉Smith预估控制技术的基本原理；
（2）查阅有关资料，掌握SCX编程的技巧；
（3）掌握先进控制技术在时滞系统中的应用；
4. 研究的条件和基础
学习过《过程控制工程》、《自动控制原理》和《MATLAB仿真技术》等相关课程；学习过MATLAB等仿真软件；JX-300X DCS控制系统；MATLAB仿真软件等。需要学习的知识包括SCX编程语言等。
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