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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，掌握纯滞后系统的根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展调整以克制系统所受的扰动。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，进展有效的“提前控

制〞。

微分先行和中间微分反应方法都能有效地克制超调现象，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)史密斯补偿控制的根本思路是：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。

三、实验内容

假设系统传递函数为

2e4s

G(s)

o4s1

那么微分先行的方框图为

图1串联PID控制方案和微分先行控制方案

1)画出该系统常规PID控制的Simulink仿真图如下：

图2常规PID控制的Simulink仿真图

2）整定常规PID控制器参数，采用临界比例度法整定。

等幅震荡的响应图如下：

图3等幅震荡阶跃响应图

记录此时的振荡周期Tkr=1.315,那么K＝0.77，K＝0.1232，K＝1.2。

Pid

调整后的系统阶跃响应图如下：

图4常规PID调整后阶跃响应图

3〕根据常规PID控制器参数，计算串联PID控制和微分先行控制参数。画出

Simulink仿真图并给出相应的阶跃相应曲线图。

串联PID控制Simulink仿真图如下：

图5串联PID控制Simulink仿真图

微分先行控制Simulink仿真图如下：

图6微分先行控制Simulink仿真图

计算参数：

常规PID形式与串联PID形式的关系为：

Kp=Kp+KiKd



Ki=Ki

Kd=KpKd

