1、時間延遲過程的PID補償控制19982002年：一項調查摘要摘要時間延遲可以被定義為有一個系統(tǒng)中一個事件從這個點開始到另一個點結束之間所造成的時間間隔。延遲也廣泛存在于運輸遲緩或死區(qū)時間，他們出現(xiàn)在物理，化學，生物和經濟生活中，以及在過程測量和計算中。時間延遲過程的補償方法大致可分成比例、積分、微分（PID）為基礎的控制器，該控制器的參數可根據該控制器的結構調整以及優(yōu)化，得以在該控制器中以最優(yōu)化的形式適應過程模型的結構和參數。本文的目的

2、是總結在19982002年五年間的雜志岀版物中涉及到的用于延遲過程中的PID控制器的發(fā)展、調整、執(zhí)行的本質。該文件將提供一個以前文章中可能沒有出現(xiàn)過的框架。引言引言現(xiàn)狀表示在產業(yè)中PID控制器的使用無處不在，例如，在過程控制應用中有超過95％的控制器是PID型（Astrom和赫格倫1995年）。盡管在過去40年中可替代的控制算法開發(fā)有所進步，但事實是PID控制器已廣泛應用于工業(yè)差不多60年來，他們越來越受歡迎，例如，根據記錄在2000年

3、有83家涉及PID控制器控制延遲過程的出版物（德懷爾2003年a）。然而，安德（1993）認為，在大量的被控過程的數以千計的控制閉環(huán)中，超過30％的控制器在手動模式下運行和65％在自動模式下運行但自動運行產生較多的延時（即自動控制器是很不諧調的），考慮到各個文章中信息對于確定控制器參數值，這是非常明顯的。表1很好的證明了這點。由于篇幅的考慮，本文將大體介紹連續(xù)時間的PID補償，這是自1998年提出的，系統(tǒng)為具有時間延遲的單輸入單輸出流程

4、。PID控制器，以各種各樣控制器結構可用于連續(xù)或離散的時間。理想的連續(xù)時間PID控制器用拉普拉斯形式可如下表示Ck=比例增益，Ti=積分時間常數Td=微分時間常數。如果Ti=無窮和Td=0（即P控制），那么閉環(huán)測量值會始終低于預期值這是因為被控對象沒有積分環(huán)節(jié)，但是對于要保持持續(xù)穩(wěn)定的測量值，比預期值低是一個有益的偏差。積分環(huán)節(jié)的引用促進了測量值和設定值之間的相等，這是由于誤差的積累增大了控制器的輸出。引進微分環(huán)節(jié)意味設定值的變化可以預

5、期，因此適當的調整可能會提前加入到實際變化中。因此，在簡單的層面來講，PID控制器的輸出是來自現(xiàn)在，過去和未來的控制。在許多情況下，延遲過程下的PID控制器設計是基于最初的用于無延遲程序控制器的設計方法。不過，普遍認為PID控制器不適合延遲控制。有人建議，將PID實施于低到中等的時間常數、有小滯后時間的過程控制，同時參數設置必須用調整規(guī)則。PI或PID控制器參數規(guī)則控制器參數規(guī)則2、1迭代法迭代法適當的補償參數的選擇可以通過實驗方法得到

6、，例如通過手動調整。然而，這種做法是費時而且被控對象通常是要達到其穩(wěn)定極限。另外，圖形分析方法無論是在時間或頻域都可對控制器進行調整。時域的設計是通過使用根軌跡圖，但是，延遲過程將設定為二階模型。頻域設計典型的做法被控過程可以是穩(wěn)定或不穩(wěn)定FOLPD模型，IPD模型或穩(wěn)定和不穩(wěn)定SOSPD模型。調整規(guī)則易于使用，即使缺乏準確的過程模型。這些設計方法適合達到一個簡單的性能指標，用于補償一個非主導延遲的被控對象。調整規(guī)則的統(tǒng)計已經早被做出來

7、了（O’Dwyer2003年b）。調整規(guī)則的統(tǒng)計按出版時間和刊物在表2列出，從本表能看出，人們對調整規(guī)則的發(fā)展的興趣在不停增長。2.3分析技術分析技術控制器參數可使用分析技術確定。一些方法會減少適當的指標（Astrom等人。1998年；Ham和Kim1998年；Kookos等。1999年，Liu和Daley1999年；Leva和Colombo1999年；He等。2000年，Howell和Best2000年Tan等人。2000年，Wang

8、和Cluett2000Leva和Colombo2001年；Campi等。2002年Panagopoulos等。2002年，Hwang和Hsiao2002Robbins，2002年b；Sung等。2002年，Tan等人。2002年，Yang等人。2002年a）。另外，直接合成策略可以用來確定控制器參數。這種策略可以在時域利用極點配置（Atherton1999年，Daley和Liu1999；Jung等人。1999年a，1999年b；Majh

9、i和Atherton1999年；Jaguste和Agnihotri2002）或在頻域，通過指定一個理想的幅值裕度或相位裕度（Fung等人。1998年，Wang等人。1999年b，1999c；Grassi等。2001Seki等。2001年，Crowe和Johnson2002年；Yang等人。2002年b）。魯棒方法可以用來分析設計一個適當的PID控制器（Huang和Wang2001年；Wang等人。2001年b；Ge等。2002年）。最后

10、，替代設計方法可用于確定某些特定控制器，如模糊邏輯（Byopadhyay和Patranabis1998年，2001年Blanchett等。2000年；Xu等人。1998年，2000年；Li和Tso1999年，2000年Mudi和Pal1999年Visioli1999年，2001年bWang等人。1999dTao和Taur2000年Mann等人。2001年a），遺傳算法（Cheng和Hwang1998年，Wang等人。1999d）或神經網

11、絡（Huang等人。1999年Sbarbaro等。2000年Shu和Pi2000年）。分析方法適合設計具有非主導延遲的PIPID控制器來說，因為他們有明確的性能要求可以實現(xiàn)。結論結論控制專業(yè)的學者和從業(yè)人員仍然傾向使用PID控制器來補償具有延遲的被控對象。本文綜合介紹了自1998年在有關刊物上出現(xiàn)的補償技術。作者希望，該文件能為實際應用提供方便的參考。這項工作表明，新的設計技術正不斷發(fā)展，而且每項技術都聲稱這是最好的。但是通常都比較缺乏