一阶纯滞后系统的控制方法研究

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针对纯滞后系统神经网络Dahlin控制的研究

ＮＮ，ａｄｆａｕｅａｔｌａｉｐｅｎｅｔｒｓｆｓｅｍｎｇｓｅｄ，ｈｇａａｉｔｆａａａｉｎａｄｅｃｌｅｔａｄｓａｌｏｔｏｆｃｓｉｈｃｐｂｌｙｏｄｐｔｔｎｘｅｌｎｎｔｂｅｃｎｒｌｅｆｔ．ｉｏｅ
ｌｙｓｓｅ．ＴｈｘｒｍｅｔｌｓｍｕａｉｎｖｒｆｅｈｔｔｅｃｍｐｕｄｃｎｒｌｍｅｈｄｋｅｓｔｅａｖｎａｅｆｂｔｈｉｌｏｉｈａｄＣＭＡＣａｙｔｍｅｅｐｅｉｎａｉｌｔｅｉｓｔａｈｏｏｎｏｔｏｔｏｅｐｈｄａｔｇｓｏｏｈＤａｌａｇｒｔｍｎｏｉｎ
具有良好的稳定性和控制效果。
关键词：ＣＣ神经网络ＭＡ
中图分类号：Ｔ２３Ｐ７
Ｄｈｉ算法ａｌｎ
前馈控制器
纯滞后系统文献标Fra bibliotek志码：ＡＡｂｔａｔｓｒｃ：ＡｉｎｔｔｅｄｓｄａｔｇｓｏｏｖｎｉｎｌｏｔｌｒａｅｎＤｈｉｌｏｉｍｉｏｔｌｎｂｅｔｆａｕｉｇｌｒｅｉｅｔ，ｋｄｍｉｇａｈｉｖｎａｅｆｎｅｔａｎｒｌｓｄｏａｌａｇｒｈｎｃｎｒｌｇｏｊｃｓｅｔｒｇｎｒａ（ａａｃｏｃｏｅｂｎｔｏｉｎａｉ
针对纯滞后系统神经网络Ｄｈｎ控制的研究ａｌｉ
文定都
针对纯滞后系统神经网络Ｄｈｉ制的研究ａｌｎ控
ＲｅｅｒｈｏｕａｔｏｋＤａｌｓａｃｎＮｅｒｌＮｅｗｒｈｉＣｏｎｒｌｏａｍｅＳｓｅｎｔｏｒＤｅｄＴｉｙｔｍｆ

具有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计介绍

第四部分整机电路图............................................... 23 第五部分安装调试及性能检测........................................ 24
5.1 系统仿真 ................................................... 24 5.2 抗干扰性能分析.............................................. 25 5.3 元件清单 ................................................... 27 第六部分心得体会 ................................................. 28 参考文献.......................................................... 29 附程序 ........................................................... 30
具体内容： 1）自己给出系统的闭环传递函数的表达式 2）自己设定系统性能指标 3）书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图 4）硬件布线连接图转化为系统结构图 5）选择一种控制算法 6）软件工程知识编写程序流程图 7）在 MATLAB 下进行编程和仿真，给出单位阶跃函数的输出结
果表 8）进行系统的可靠性和抗干扰性的分析
第三部分电路设计 ................................................. 19 3.1 器件选型 ................................................... 19 3.1.1 控制芯片的选择 ........................................ 19 3.1.3 A/D 转换器的选择....................................... 19 3.1.4 D/A 转换器的选择....................................... 20 3.2 温度检测电路与整形放大滤波电路 ............................... 20 3.3 A/D 转换电路 ............................................... 21 3.4 D/A 转换电路 ............................................... 21 3.5 数码管显示电路.............................................. 22

一阶纯滞后系统的不完全微分PID控制

目录0.前言 (1)1. 不完全微分PID算法设计 (2)2.算法仿真研究 (3)3.一阶纯滞后系统的不完全微分PID控制程序 (4)4.实验结果 (7)5.结论及总结 (8)参考文献 (8)课设体会 (10)一阶纯滞后系统的不完全微分PID控制沈阳航空航天大学北方科技学院摘要：提出在PID算法中加入一阶惯性环节，通过不完全微分PID算法来改善干扰对系统的影响，用MATLAB仿真分析说明该算法在改善过程的动态性能方面具有良好的控制精度。

在现代工业生产中，自动控制技术的使用越来越多，而随着工业和控制技术的发展，自动控制理论也在发展和完善，出现了多种控制方法如最基础的PID控制以及微分先行控制、中间微分控制、史密斯补偿控制、模糊控制、神经网络控制等。

自动控制技术的发展在工业生产中遇到了一系列的问题：如在本文中所研究的一阶纯滞后系统的控制就是控制理论中一个较为重要的问题。

由控制理论可知，无滞后控制系统（简单点说就是没有延迟）比有滞后系统更加稳定，更加容易控制。

因此如何解决生产中滞后的问题在当前工业大生产中尤其重要。

论文在常规PID控制也就是比例-积分-微分控制的基础上提出了三种控制方法即：微分先行控制、中间微分反馈控制、史密斯补偿控制。

并对这三种方案进行Simulink 仿真，检测其抗干扰性能。

为便于分析，论文将所得仿真结果以图形的方式给予显示出来，形象生动便于理解。

关键词：一阶纯滞后 ;不完全微分;仿真;PID0.前言在多数工业过程当中,控制对象普遍存在着纯时间滞后现象,如化工,热工过程等.这种滞后时间的存在,会使系统产生明显的超调量和较长的调节时间,滞后严重时甚至会破坏系统的稳定性,在工业生产上产生事故.因此长期以来,纯滞后系统就一直是工业过程中的难控制对象,人们也对它进行了大量的研究.在现代工业生产和理论研究中出现了多种控制方法,如PID控制、PID改进控制、Smith 预估算法控制以及模糊控制、神经网络控制等.而对于最基础的一阶纯滞后系统常用的控制方法主要是PID 控制、不完全微分PID 控制.1. 不完全微分PID 算法设计为了克服上述缺点，在PID 算法中加一个一阶惯性环节（低通滤波器）G f （S ）=1/[1+T f （S ）]，将低通滤波器直接加在微分环节上，构成如图1的不完全微分PID 控制：式中，T 为采样时间，T f 为滤波器系数，T 1和T D 分别为积分时间常数和微分时间常数，令 ɑ=T f /(T f +T),则T/（T+T f ）=1-ɑ；显然有1<α，1−α<1成立，不完全微分项为：若e(k)为单位阶跃（即e（k）=1，k=0,1,2，∧）由此得出不完全微分项为：可见，引入不完全微分后，微分输出按ɑk U D（0）的规律)（ɑ(1)逐渐衰减，所以不完全微分能有效地克服前述微分项的不足。

实验8实验指导书具有纯滞后系统的大林控制

实验8实验指导书具有纯滞后系统的大林控制实验8具有纯滞后系统的大林控制系统一、实验目的1．了解算法的基本原理；2.掌握纯滞后对象的控制算法及其在控制系统中的应用。

2、实验设备1．thbcc-1型信号与系统?控制理论及计算机控制技术实验平台2．thbxd数据采集卡一块(含37芯通信线、16和usb电缆线各1根))三、实验内容1.纯滞后一阶惯性环节达林算法的实现。

2.采用纯滞后二阶惯性环节实现达林算法。

4、实验原理在生产过程中，大多数工业对象具有较大的纯滞后时间，对象的纯滞后时间?对控制系统的控制性能极为不利，它使系统的稳定性降低，过渡过程特性变坏。

当对象的纯滞后时间? 与对象的惯性时间常数相比，传统的比例积分微分（PID）控制难以获得良好的控制性能制性能。

长期以来，人们对纯滞后对象的控制作了大量的研究，比较有代表性的方法有大林算法和纯滞后补偿预估)控制。

本实验基于达林算法。

Dalin算法的综合目标不是最小拍频响应，而是具有纯滞后时间的一阶滞后响应。

其等效闭环传递函数为要求的等效环节的时间常数，t为采样周期。

通过对零阶holder方法进行离散，可以得到系统的闭环传递函数：v.实验步骤1、实验接线1.1根据图8-1，连接惯性链接的模拟电路；1.2用导线将该电路输出端与数据采集卡的输入端“ad1”相连，电路的输入端与数据采集卡的输入端“da1”相连；2.脚本程序运行2.1启动计算机，在桌面双击图标“thbcc-1”，运行实验软件；2.2顺序点击虚拟示波器界面上的开始钮和工具栏上的脚本编程器2.3点击脚本编辑器窗口文件菜单下的“打开”按钮，选择“计算机控制算法VBS\\basic algorithm of computer control technology”文件夹下的“Dalin algorithm”脚本程序并打开。

阅读并理解节目，2.4点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“启动”；用虚拟示察图输出端的响应曲线；2.5点击脚本编辑器的调试菜单下“停止”，修改程序中n(可模拟对象的滞后时间，滞后时间为n*运行步长，单位为ms；当运行步长，n的取值范围为1～5)值以修改对象的滞后时间，再点击“启动”按钮。

面向复杂纯滞后系统的智能控制系统研究

面向复杂纯滞后系统的智能控制系统研究。

引言在化工和热工的工业过程控制中，物料或能量的传输和变送延迟会导致控制对象具有纯滞后性。

这种纯滞后性常因控制系统输出的超量导致目标系统控制指标产生超调或振荡。

因此，纯滞后系统的控制过程相对复杂。

典型的纯滞后系统有液晶玻璃窑炉⑴的复杂多点加热及恒温控制系统、硅溶胶反应釜的温度控制系统⑵以及注塑控制系统里的温控系统［3］。

随着产能需求的增加，为了提升玻璃、硅溶胶、树脂等物料的加工量，原本原料的单通道流入变成双通道甚至多通道，并同步增加了加工腔体的容量和温控能力。

规模化生产企业里多套加工设备的生产能力不同，会按照设备各自设置的温控指标以及原料注入流量进行非持续生产。

多台设备还需要保证一致特性的合料。

因此，传统基于可编程逻辑控制器(PrOgrammabIelogiCContrOller, PLC)和各种比例积分微分(PrOPC)rtional integral differential, PID)算法的面向单设备的电气控制系统，将无法很好地满足这类快速、大规模的复杂纯滞后系统的应用要求。

具体问题表现为：①为了实现自适应控制算法(如改进PID),采用神经网络⑷或者模糊算法［5-6］,但主流控制器件PLC作复杂运算的能力不足；②由于不同厂家的硬件专有性和封闭性，使得扩展和程序移植都比较困难［力；⑨PlD调参需要较复杂的过程，无法快速同步设备的工作状态［8］,包括控制指标下达以及控制参数的调整，给生产过程管理带来困难。

利用软PLC的控制系统设计［9］无法从根本上解决不同PLC之间不兼容、不能快速替换的问题，而基于工业物联网应用技术可以快速实现数据的分布式运算与集中控制口O-11］。

通过创新性结合工业大数据应用技术［12］,本文提出了1种通用的、面向大规模复杂纯滞后系统的云端联合智能控制系统，并在其基础上给出了具体的应用验证结果。

1复杂纯滞后系统结构单输入型纯滞后控制对象工作过程通常是单口投料，通过流量测量变送，经可控制阀门进入加工腔体。

一阶纯滞后系统控制

2 纯滞后系统
2.1 纯滞后系统的定义
在工业生产过程中，被控对象通常具有不同程度的纯延迟。例如气体物料、液体
物料通常经过管道传送，固体物料通过传送带传送。而在工业生产中利用改变物料的流量来调节生产过程时，经过输送环节的传送时间（滞后）后，物料的变化情况才能到达生产设备进而实现工艺参数的改变。这个输送过程的传送时间是一个纯滞后时间。再如，在热交换过程中，经常将被加热物料的输出温度作为被控制量，而把载热介质（如过热蒸汽）的流量作为控制量，载热介质流量改变后，经过一定时间才表现为输出物料温度的变化。系统这种表现可用含有纯滞后的传递性描述。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量进行调整以克服系统所受的扰动。因此这样的过程必然会产生较时显的超调量和需要较长的调节时间。所以，含有纯延迟的过程被公认为是较难控制的过程，其难控制程度与过程的时间常数之比大于 0.3 时，该过程是大滞后过程。随此比值的增加，过程的相位滞后增加而使超调增大，在实际生产过程中甚至会因为严重超调而出现事故。[1] 由控制理论可知，无滞后比有滞后时系统更稳定，系统更容易控制。而且，无滞后时稳定裕量无穷大，对应增益为无穷大；而当系统含有滞后时，稳定裕量有限时，对应增益也有相应有限值。此外，大滞后会降低整个控制系统的稳定性。因此大滞后过程的控制一直备受关注。解决纯滞后系统问题对工业的重要性不言而喻。
1 引言
1.1 课题背景
在多数工业过程当中,控制对象普遍存在着纯时间滞后现象,如化工,热工过程等. 这种滞后时间的存在,会使系统产生明显的超调量和较长的调节时间 ,滞后严重时甚至会破坏系统的稳定性,在工业生产上产生事故.因此长期以来,纯滞后系统就一直是工业过程中的难控制对象 ,人们也对它进行了大量的研究.在现代工业生产和理论研究中出现了多种控制方法,如 PID 控制、PID 改进控制、Smith 预估算法控制以及模糊控制、神经网络控制等 .而对于最基础的一阶纯滞后系统常用的控制方法主要是 PID 控制、微分先行控制、中间微分反馈控制、史密斯补偿控制等.

一阶纯滞后环节表达式_理论说明

一阶纯滞后环节表达式理论说明1. 引言1.1 概述在控制理论和系统分析中，纯滞后环节是一种重要的数学模型。

纯滞后环节可以用来描述实际系统中存在的延时响应特性，尤其是在工程控制中具有广泛的应用。

本文将详细介绍一阶纯滞后环节的数学表达式、特点以及其在系统控制领域中的应用。

1.2 文章结构本文主要包括五个部分，首先是引言部分，对文章进行概述和结构说明；第二部分将详细探讨一阶纯滞后环节的理论说明，包括定义、数学表达式以及其特点和应用；第三部分将进行理论验证与实例分析，介绍实验设备与方法，并对收集到的数据进行处理和分析；第四部分将对结果进行讨论与分析，比较不同参数和输入信号对滞后响应的影响，并探讨纯滞后环节模型在系统控制中的应用前景；最后一部分为结论与展望，总结研究工作并提出未来研究方向建议。

1.3 目的本文旨在深入理解一阶纯滞后环节，在数学上准确描述其特性和行为，并探讨其在实际系统中的应用。

通过理论验证与实例分析，旨在验证和进一步加深对纯滞后环节的认识。

最终，本文将为系统控制领域提供关于一阶纯滞后环节的理论基础和应用前景的参考依据。

2. 一阶纯滞后环节表达式的理论说明：2.1 什么是一阶纯滞后环节一阶纯滞后环节是控制系统中常见的一种动态特性，它是指输出信号与输入信号之间存在固定时间延迟和衰减比例的关系。

在一个典型的一阶纯滞后环节中，输出信号会滞后于输入信号，并以指数衰减的形式逐渐趋近于输入信号。

2.2 纯滞后环节的数学表达式对于一个一阶纯滞后环节，其数学表达式可以表示为：G(s) = e^(-τs)其中，G(s)表示该纯滞后环节的传递函数，s为复平面上的复变量，τ为时间常数。

2.3 纯滞后环节的特点与应用纯滞后环节具有以下几个特点和应用：a) 时间延迟：由于纯滞后环节的存在，在输入信号发生改变时，输出信号会有一定的延迟。

这种时间延迟效应在实际控制系统中具有很大影响，在某些需要考虑时序关系和稳定性要求较高的控制任务中起到重要作用。

一类纯滞后系统的新型神经元控制器

ＮｕｏｅＩｎ— Ｓｔｏｔｌｗｉｈｈｓｔｅｓｌ— ｌｒｉｇａｉｔａｄｉｓｌａｃｌｔｎａｙ【ｉｅ删ｍｉＣｎｒ，ｈｃａｅｆｅｎｎｂｌｙｎｓｉｅｔｃｌａａｄｅｓ０ｎｈｏｈａｌｍｐｏｕｅｒｉｉｔｄｃｄＡｔｒｓｌｔｎａｄｐａｔａｅｔｉｗｓｄｍｎｔｔｄｔａｅＩｃｎｒｌａｓｎｒｕｅｆｉａｉｎｒｃｉｌｔｓ，ｔａｅｏｓａｅｔｔｏｅｍｕｏｃｒｈｈｏｔｌｏａｄｈｓｔｅｂｔｒｃｎｒｌｆｃｎｐｌａｏｒｓｅｔ．ｎａｅｔｏｔｅｔｄａｐｉｔｎｐｏｐｃｓｈｅｏｅａｃｉ
Ｌ
图２单神经元ｘｋ的加权系数．ｋｉ）（Ｋ为神经元的比例系数，单神经元控制器通过加权系数的调整来实现自适应、组织功能；自并通过关联搜索来产生控制信号。其控制算法取为：
３
神经元一Ｓｉｍｔ制器（Ｓ）ｈ控Ｎｃ的结构如图４所
一
类纯滞后系统的新型神经元控制器
马洪峰刘国陈（江南大学信控学院江苏无锡，１０６２４３）
摘要：本文针对一类带有纯滞后的系统，提出一种新的复合智能控制算法——神经元一Ｓｉ预估控制（ｓ）该控制算法不依赖于精确的对象数学模型，ｍｔｈＮｃ，算法简单，具有自学习、自组织的能力，能实现在线控制。仿真和实验结果表明，这种控制方式具有较强的适应性和鲁棒性。

计算机控制技术课程设计--具有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计

《计算机控制技术》课程设计具有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计班级：姓名：学号：指导老师：日期：目录一、设计任务 (1)1.1 题目 (1)1.2内容与要求 (1)二、设计思想与方案 (2)2.1控制策略的选择 (2)2.2 硬件设计思路与方案 (2)2.3 软件设计思路与方案 (3)三、硬件电路设计 (3)3.1温度传感器输出端与ADC的连接 (3)3.2 ADC与单片机8051的连接 (4)3.3 单片机8051与DAC的连接 (4)3.4 整机电路 (5)四、系统框图 (7)五、程序流程图 (8)5.1 主程序流程图 (8)5.2 子程序流程图 (9)六、数字调节器的求解 (11)6.1 基本参数的计算 (11)七、系统的仿真与分析 (13)7.1 θ=0时系统的仿真与分析 (13)7.2 θ=0时系统的可靠性与抗干扰性分析 (14)7.2 θ=0.4461时系统的仿真与分析 (16)7.3 θ=0.4461时系统的可靠性与抗干扰性分析 (17)八、设计总结与心得体会 (20)参考资料 (21)一、设计任务一、题目设计1. 针对一个具有纯滞后的一阶惯性环节()1sKe G s Ts τ-=+的温度控制系统和给定的系统性能指标：✧ 工程要求相角裕度为30°～60°，幅值裕度>6dB✧ 要求测量范围-50℃～200℃，测量精度0.5％，分辨率0.2℃2. 书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图，并转化为系统结构图具体要求：✧ 温度传感器、执行机构的选型✧ 微型计算机的选型（MCS51、A VR 等等）✧ 温度传感器和单片机的接口电路✧ 其它扩展接口电路（主要是输入输出通道）✧ 利用Protel 绘制原理图，制作PCB 电路板（给出PCB 图）3. 软件部分：✧ 选择一种控制算法（最少拍无波纹或Dalin 算法）设计出控制器（被控对象由第4步中的参数确定），给出控制量的迭代算法，并借助软件工程知识编写程序流程图✧ 写出主要的单片机程序4. 用MATLAB 和SIMULINK 进行仿真分析和验证对象确定：K=10*log(C*C-sqrt(C)),rand(‘state ’,C), T=rand(1)考虑θ=0或T/2两种情况，即有延时和延时半个采样周期的情况。

纯滞后控制系统讲解

过程控制实验报告实验名称：纯滞后控制系统班级：姓名：学号：实验五纯滞后系统一、实验目的1) 通过本实验，掌握纯滞后系统的基本概念和对系统性能的影响。

2) 了解纯滞后系统的常规控制方法和史密斯补偿控制方法。

二、实验原理在工业生产中，被控对象除了容积延迟外，通常具有不同程度的纯延迟。

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。

因此，这样的过程必然会产生较明显的超调量和需要较长的调节时间。

所以，含有纯延迟的过程被公认为是较难控制的过程，其难控制程度随着纯滞后时间与整个过程动态时间参数的比例增加而增加。

一般认为，纯滞后时间与过程的时间常数之比大于0.3时，该过程是大滞后过程。

随此比值增加时，过程的相位滞后增加而使超调增大，在实际的生产过程中甚至会因为严重超调而出现聚爆、结焦等事故。

此外，大滞后会降低整个控制系统的稳定性。

因此大滞后过程的控制一直备受关注。

前馈控制系统主要特点如下：1) 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”。

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) 史密斯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。

一阶纯滞后系统的不完全微分PID控制

目录0.前言 (1)1. 不完全微分PID算法设计 (2)2.算法仿真研究 (3)3.一阶纯滞后系统的不完全微分PID控制程序 (4)4.实验结果 (7)5.结论及总结 (8)参考文献 (8)课设体会 (10)$一阶纯滞后系统的不完全微分PID控制沈阳航空航天大学北方科技学院摘要：提出在PID算法中加入一阶惯性环节，通过不完全微分PID算法来改善干扰对系统的影响，用MATLAB仿真分析说明该算法在改善过程的动态性能方面具有良好的控制精度。

自动控制技术的发展在工业生产中遇到了一系列的问题：如在本文中所研究的一阶纯滞后系统的控制就是控制理论中一个较为重要的问题。

由控制理论可知，无滞后控制系统（简单点说就是没有延迟）比有滞后系统更加稳定，更加容易控制。

因此如何解决生产中滞后的问题在当前工业大生产中尤其重要。

论文在常规PID控制也就是比例-积分-微分控制的基础上提出了三种控制方法即：微分先行控制、中间微分反馈控制、史密斯补偿控制。

并对这三种方案进行Simulink 仿真，检测其抗干扰性能。

为便于分析，论文将所得仿真结果以图形的方式给予显示出来，形象生动便于理解。

关键词：一阶纯滞后 ;不完全微分;仿真;PID…0.前言在多数工业过程当中,控制对象普遍存在着纯时间滞后现象,如化工,热工过程等.这种滞后时间的存在,会使系统产生明显的超调量和较长的调节时间,滞后严重时甚至会破坏系统的稳定性,在工业生产上产生事故.因此长期以来,纯滞后系统就一直是工业过程中的难控制对象,人们也对它进行了大量的研究.在现代工业生产和理论研究中出现了多种控制方法,如PID控制、PID改进控制、Smith 预估算法控制以及模糊控制、神经网络控制等.而对于最基础的一阶纯滞后系统常用的控制方法主要是PID 控制、不完全微分PID 控制.1. 不完全微分PID 算法设计为了克服上述缺点，在PID 算法中加一个一阶惯性环节（低通滤波器）G f （S ）=1/[1+T f （S ）]，将低通滤波器直接加在微分环节上，构成如图1的不完全微分PID 控制：式中，T 为采样时间，T f 为滤波器系数，T 1和T D 分别为积分时间常数和微分时间常数，令 ɑ=T f /(T f +T),则T/（T+T f ）=1-ɑ；显然有1<α，1−α<1成立，不完全微分项为：若e(k)为单位阶跃（即e（k）=1，k=0,1,2，∧）由此得出不完全微分项为：（可见，引入不完全微分后，微分输出按ɑk U D（0）的规律)（ɑ(1)逐渐衰减，所以不完全微分能有效地克服前述微分项的不足。

一阶纯滞后系统控制

The control method research of the first-order delay system Abstract
The automatic control technology use more and more in modern industrial production, and as the industrial and control technology development, the automatic control theory are developed and perfected, a lot of controlled methods appear such as PID control which is the most basic control and differential first control, intermediate differential control, Smith compensation control, fuzzy control, nerve network control. Automatic control technology had experienced a series of questions in industrial production: as the first-order delay system control in this article which is a more important issue in the control theory. Known by the control theory,a no lag control system (simple say is no delay) is more stable and more easily controlled than a delay system . So it is particularly important of how to solve the lagging problem in the current industrial production . The articles propose three control methods such as differential first control 、 the middle of differential feedback control 、 smith compensation control base the conventional PID control in the other word is proportional - integral - derivative controller .And simulate this three programs by the simulink, testing its interference fearure. For convenient analyze the simulation result , the paper of the study derive from the simulation results by the graphical ,which we can easy understand and clear know the mean in the article. Key Words：automatic control; simulation; PID; complicated control

(整理)具有一阶纯滞后环节设计

目录第一部分设计任务及方案1、设计题目及要求2、设计方案分析论证第二部分方案各模块分析1、被控对象分析2、测量元件热电阻及前置放大电路3、A/D转换器4、控制器（单片机）5、光隔驱动器第三部分数字控制器D(Z)的设计1、数字控制器D(Z)2、程序流程图设计第四部分可靠性和抗干扰性的分析第五部分心得体会一、设计任务及方案1.1 设计题目及要求1、针对一个具有大纯时延时间的一阶惯性环节(()/(1)s G s Ke Ts θ-=+)温度控制系统和给定的系统性能指标(工程要求相角裕度为30～60，幅值裕度>6dB);要求测量范围-50℃～200℃，测量精度0.5％，分辨率0.2℃；2、书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图，并转化为系统结构图；3、选择一种控制算法并借助软件工程知识编写程序流程图；4、用MA TLAB 和SIMULINK 进行仿真分析和验证；对象确定：K=10*log(C*C-sqrt(C)),rand(‘state ’,C), T=rand(1),考虑θ=0或T/2两种情况。

C 为学号的后3位数，如C=325，K=115.7，T=0.9824，θ=0或0.4912。

5、进行可靠性和抗干扰性的分析。

1.2 设计方案分析论证从设计要求分析，我们设计一个基于单片机的温度自动控制系统即可达到设计要求。

整个系统以单片机（控制器）为核心，选用光隔驱动器驱动电热丝加热，由热电阻PT100检测然后经过前置放大电路输入A/D 转换器，控制器。

以此构成闭环控制系统，温度能根据设定值自动调节。

图1 方案总体框图二、方案各模块分析2.1 被控对象分析大纯时延时间的一阶惯性环节(()/(1)s G s Ke Ts θ-=+)对象确定：K=10*log(C*C-sqrt(C)),rand(‘state ’,C), T=rang(1), 考虑θ=0或T/2两种情况C 为学号的后3位数，如C=325，K=115.7，T=0.9824，θ=0或0.4912现取C=359，由MATLAB 计算得： c=359;K=10*log(c*c-sqrt(c)) rand('state',c); T=rand(1)>> K =117.6650 T =0.0510θ=0或0.0255所以G(s)=1051.07.1170255.0+-s e s 或1051.07.117+s2.2 测量元件（热电阻）电路及前置放大电路2.2.1 测量元件选型测量元件选用热电阻，热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。

一类纯滞后系统Fuzzy-Dahlin控制策略的研究

Байду номын сангаас维普资讯
２００７年第４期
工业仪表与自动化装置
・３・
一
类纯滞后系统ＦｚｙＤｈｉ制策略的研究ｕｚ— ａｌｎ控
文定都
（湖南工业大学冶金校区，湖南株洲４２０）１００
摘要：针对工业控制过程中普遍存在的大惯性、纯滞后、时变性、非线性对象的控制问题，出提
合在一起。即
”一㈩・＝
这主要是由纯滞后时间常数引起的Ｊ。解决此问
题的方法目前主要有两种卫４：－自适应模糊控制和Ｊ
模糊ＰＤ控制。前者需要在调试过程中不断修改参Ｉ
数设置，但耗时，且往往达不到预期效果；者不而后模糊控制只是在过渡过程中起作用，在误差较小而时进行ＰＤ调节，ＰＤ对大纯滞后这种非线性特Ｉ但Ｉ性无能为力；外这种方法是以ＰＤ控制为主，另Ｉ己失
用模糊控制器与Ｄｈｉ法相结合的控制策略。仿真结果表明：方法对此类控制具有超调小ａｌｎ算该（可达到无超调）调节时间短、、鲁棒性好等优点。
关键词：模糊控制；ａｌＤｈｉ法；ｎ算纯滞后系统；策略；仿真
去了模糊控制的实际意义。
复合系统结构如图１所示。在进行控制时，当误差较小时，ａｌＤｈｉ法解决对象的纯滞后引起的ｎ算

纯滞后系统控制器分析与设计

I
哈尔滨商业大学德强商务学院毕业论文（设计）
Pure delay system controller analysis and design
Abstract In industrial production, was charged with targeting not only volume of deferred, often with different degrees of pure delay. For example, the gas material, liquid material is usually transmitted through the pipeline, solid material is often transmitted through the conveyor. When the use changes such as regulating the flow of materials, production process, through the transmission link transmission time (delay), the material changes to reach the production equipment and thus achieve the process parameters change. The transport process transfer time is a pure time lag. Again, in the heat exchange process, the often heated material temperature as the output volume to be controlled, while the heat-carrying medium (such as superheated steam) flow as a control volume containing the heat medium flow rate after the change, after a certain period of time before the performance of for the output material temperature changes. This performance of the system contains a pure delay delivery available characterization. In the process control, was charged with a lag characteristics of the object is a common phenomenon, generally not significant lag, in order to simplify the control system and ignore the impact of lag. When the hysteresis significantly affect the system as well as quality control, then the response lag characteristics of targeted control. the analysis of the system with time delay is designed to specific analysis of the conventional fuzzy controller. Using the pure inertial link behind the computer simulation. Keywords: controlled object; Pure time delay; adaptive

纯滞后系统控制算法的比较分析

纯滞后系统控制算法的比较分析作者：夏百花王雪洁来源：《无线互联科技》2018年第24期摘要：文章以一个具体一阶纯滞后控制系统为例，分别采用常规PID控制和Smith预估补偿控制两种算法来消除纯滞后环节的影响，最后对两种算法进行Simulink仿真后对结果进行分析比较。

关键词：纯滞后；PID；Smith预估补偿随着现代化工业进程的不断发展，工业控制过程越来越复杂，但被控对象和控制通道的滞后情况则是一种十分常见的现象。

比如在水箱装置中，由于输送管道的存在，在水箱进水的过程中常常会有箱内水位的上涨量落后于送水量的情况。

一般可以将控制系统中的滞后分为容量滞后和纯滞后两种[1]。

容量滞后通常也被称为容积滞后，通常包括测量滞后和传送滞后，它是指物料或能量传输到被控过程（对象）时由于遇到被控过程的阻力而导致系统对于扰动的响应在时间存在延迟的现象，通俗来说，是被控对象受到一定的扰动作用后，系统从不稳定重新回到稳定状态的响应过程。

纯滞后是指物料、能量或信号传输过程中由于介质的输送或热的传递需要一段时间产生的延迟。

例如电加热炉温度控制系统中，在开始加温的同时，介质温度已经开始上升，但其升温曲线在起始时仍然接近水平，这种滞后就是容量滞后。

而容器底部从加热到传感器出现反应需要一段时间，这个时间就是纯滞后。

纯滞后控制系统的特点为：当控制器产生控制信号后，在滞后时间范围内，被控对象完全没有反应，使得整个系统不能及时随被控变量的变化而进行调整以克服系统收到的扰动。

因此，这样的过程必然会产生较为明显的超调量和较长的调节时间。

所以，含有纯滞后环节的控制过程一直是控制科学中关注焦点之一。

本文主要以一阶纯滞后系统为例，介绍了常规PID控制算法[2]和Smith预估控制算法[3]，并对这两种控制方案进行Simulink仿真[4]及结果分析。

1 常见的控制算法及仿真通过Simulink对该控制系统进行仿真，采用临界比例度法进行整定常规PID控制器参数。

具有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计介绍

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计算机控制系统课程设计
1.2 课程设计任务对象与设计的分析论证 1.2.1 控制对象的分析与说明
由所给设计任务可知，本设计的控制对象是一个含有具有大时滞的一阶惯性环节
Ke s G( s) Ts 1
的系统，而在通常的温度控制系统中，控制对象往往就可以视作含有一个大纯时延时间的一阶惯性环节的系统，故本次计算机控制系统设计则可以以一个温度控制系统为例设计：加热炉温度控制系统。目的是保持被加热液体的温度与设定值尽量一致，当系统出现干扰时能够较快地恢复到设定值。
2、书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图，并转化为系统结构图； 3、选择一种控制算法并借助软件工程知识编写程序流程图； 4、用 MATLAB 和 SIMULINK 进行仿真分析和验证 ; 对象确定： K=10*log(C*C-sqrt(C)),rand(‘ state’,C),T=rand(1), 考虑θ =0 或 T/2 两种情况。 C 为学号的后 3 位数，如 C=325， K=115.7，T=0.9824，θ =0 或 0.4912 5、进行可靠性和抗干扰性的分析。
g=tf(num,den); margin(g); grid on;

115.1763 0.8470s 1
num = 115.1763 den = 0.8470
波特图为：
1.0000
由上图可知，系统幅值裕度为无穷(Inf)，但相角裕度为 90.5deg，不满足系统要求。
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计算机控制系统课程设计
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2.1.2 算法选择
最小拍无纹波：即最少调整时间系统，在给定某种典型输入（如单位阶跃输入、单位速度输入或单位加速度输入）条件下，通过设计一个控制规律使得闭环系统输出具有最快的响应速度，且输出的采样点之间没有纹波。在满足系统的快速性、准确性、稳定性和可实现性条件下，设计出来的数字调节器可以实现无静差的稳定状态。但是最少拍系统 1 对输入信号类型的适应性差；○ 2 对系统参数的变化敏感；○ 3 控制作用存在着局限性：○ 易超出允许的控制范围。 Dalin 算法：在控制系统设计中，纯滞后往往是影响系统动态特性的不利因素，如在热工和化工的许多工业生产过程中，其被控对象模型的不确定性、参数随时间的漂移性和含有较大的纯滞后，如果要求控制系统在最少拍内达到稳态，则不但不能达到预期的效果，反而会引起系统产生大的超调或振荡。而事实上，对这类系统的控制要求，快速性是次要的，而主要要求系统没有超调或很少的超调。达林算法就是一种专门针对工业生产过程中含有纯滞后控制对象的直接数字设计算法。对温度控制系统的要求, 主要是保证炉温按规定的温度工艺曲线变化, 超调小或者无超调, 稳定性好, 不振荡, 对系统的快速性要求不高。而 Dalin 算法的设计目标是对带时延的一阶或二阶惯性环节工业对象，设计一个数字调节器，使得整个闭环系统的传递函数为具有纯时延特性的一阶惯性环节，目的是使输出无超调或者超调很小。结合本次课程设计的控制对象数学模型，若其为不带延时的一阶惯性环节，则选用（ 1）方案，用最少拍无波纹来设计控制器；若其为带时延的一阶惯性环节，而设计目标就是无超调或者超调很小，故选用（ 2）方案，用 Dalin 算法来实现对系统的控制。

含有纯滞后系统的几种控制算法的比较与评述

含有纯滞后系统的几种控制算法的比较与评述【摘要】针对时滞对象的控制问题，着重选取几种控制方法，论述了各种控制方法的原理和优缺点，比较控制性能，以期对含有大时滞的实际对象的控制起到方法上的指导作用。

【关键词】纯滞后Smith预估控制智能控制1纯滞后问题大家都知道，纯滞后在工业上是一种普通的现象。

例如冶金、玻璃、造纸工业中板材厚度的控制、加热炉、炉窖的传热，化工炼油生产中物料的传输，反应器的化学合成等系统都存在纯滞后。

在工业过程闭环控制系统控制回路中，若存在纯滞后，闭环特征方程中就存在纯滞后，由于纯迟延的存在使得被调量不能及时反映控制信号的动作，控制信号的作用只有在延迟了以后才能反映到被调量；另一方面，当对象受到干扰而引起被调量改变时，控制器产生的控制作用不能即时对干扰产生抑制作用。

因此，含有纯滞后环节的闭环控制系统必然存在较大的超调量和较长的调节时间。

纯滞后对象也因此而成为难控的对象。

本文针对时滞的控制问题，着重选取常用的几种控制方法，比较控制性能，以期对含有大时滞的实际对象的控制起到方法上的指导作用。

2时滞过程的各种控制方法2.1PID控制。

PID控制是迄今为止最通用的控制算法，大多数反馈回路都采用PID或其改进型来控制。

其控制规律为然而，PID在纯滞后系统中的应用是有一定限制的。

这是因为其控制效果无法通过反馈回路及时反馈，因而使得控制问题复杂化了。

2.2Smith预估控制及改进算法。

当前，含较大纯滞后的系统大多采用Smith 预估及其改进型来控制。

Smith预估器控制基本思路是，预先估计出过程在基本扰动下的动态特性，然后由预估器进行补偿控制，力图使被延迟了的t的被调量提前反馈到调节器，使调节器提前动作，从而明显地减小超调量和加速调节过程。

Smith控制系统最大的优点是将时滞环节移到了闭环之外，使控制品质大大提高。

但Smith控制仍有缺陷：①对某些干扰信号的适应能力差；②当对象模型参数变化时适应能力差；③对无自衡对象产生稳定偏差。