纯滞后的产生所谓纯滞后是在种时间上的延迟，这种延迟是从引起动态要素变化的时刻到输出开始变化的时刻的这段时间。存在时间延迟的对象就称为具有纯滞后的对象，简称为纯滞后对象或滞后对象，实际被控对象大多数都有纯滞后特性。在流程工业生产过程中，时滞现象普遍存在，亦表明其输出的趋势不仅依赖当前的状态，而且还依赖于过去的历史。其产生的原因在于被控对象的物理性质，以及实际系统变量的测量传递和处理等方面的因素均可导致输出响应相对于输入的时间滞后现象。比如在流体控制过程中，流体须通过管道的传输才能达到工艺设备，从而引起设备的操作发生改变，显然流体在管道传输的这段时间就是纯滞后时间。史密斯补偿控制基本原理史密斯在年提出了种预估补偿控制方案。它针对纯时滞系统中闭环特征方程含有纯滞后项，在反馈控制基础上，引入了个预估补偿环节，从而使闭环特征方程不含纯时滞项，提高了控制质量。纯滞后补偿控制的基本思路在控制系统中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。课题设计中具体实验器材的选型及其模块的选型考虑到西门子对模拟量处理能力非常强大，运算速度快。所以而最终选择了西门子。基于的在线带进水纯滞后单容水箱液位控制控制程序设计系列都采用了模块化硬件结构，主要由电源模块中央处理单元信号模块通信处理器功能模块接口模块组成。而在工程实际中对其的应用，最重要的是模块的选择。根据本次设计任务要求，我们用作制器来控制模拟量下水箱液位，所以主要涉及到模拟量模块的选型。模拟量模块选型时主要考虑的问题是通道数和模块分辨率。本次设计所选用的是的模拟量输入模块组中四个输入，分辨率位，屏蔽最长。组中两个输出，与负载电压隔离。接线如图所示。用于电流测量和电压输出的线制传感器图线制接线图液位传感器选型要将水箱液位信号反馈给调节器，就需要用到信号测量装置，也就是传感器。所以就会涉及到液位传感器的选型问题。在工程实际中液位传感器的选型最总要的也是考虑其精度是否满足控制要求。本次设计所用的实验台水箱高度为。液位设定在可调，稳态误差。本次设计选用了投入式压力传感器来测量液位。其量程是水柱，精度为。完全可以满足控制要求。调节阀的选型调节阀是控制系统的执行机构，它接受控制器的命令执行控制任务。调节阀选择得合适与否，将直接关系都是否很好地起到控制作用。最后根据控制要求和实验室自身资源，我们选择的是由上海万迅仪表有限公司生产基于的在线带进水纯滞后单容水箱液位控制控制程序设计的型新型智能电动调节阀。即可满足控制要求。型号公称通径公称压力信号行程智能仪表的选型本次仪表选用型号智能仪表，由于本次课程中用到的只是其水泵压力控制，数显功能，在此不做详细介绍。单容水箱供水回路设计单回路系统的结构组成单回路反馈控制系统是应用最为广泛的种控制系统，生产过程中的控制系统都是单回路反馈控制系统。单回路反馈控制系统由四个基本环节组成，即被控对象,测量变送装置，控制器和控制阀。为了使单回路控制系统分析更具般性，常常用下面的方块图来表示单回路反馈控制系统，且用字母表示图中的变量，如图所示图单回路反馈控制系统方框图由单回路控制系统方块图可以看出，该系统中存在着条从系统的输出端引向输入端的反馈通道，也就是说该系统中的控制器是根据被控变量的测量值与给定值的偏差来进行控制的。简单控制系统是实现生产过程自动化的基本单元其结构简单投资少易于调整和投运，能满足般工业生产过程的控制要求因此在工业生产小应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小负荷和扰动变化比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。单回路控制系统结构简单，所需自动控制装置少，投资比较低，操作维护比较方便，而且般情况下都能满足控制质量的要求。因此，这种控制系统在生产过程控制中得到了广泛的应用。根据其被控变量的类型不同，单回路控制系统可分为温度控制系统，压力控制系统，流量控制系统，液位控制系统，成分控制系统等。本章主要设计液位控制系统。控制器控制阀对象液位传感器基于的在线带进水纯滞后单容水箱液位控制控制程序设计液位单回路控制系统的硬件设计此设计是以西门子作控制器，液位传感器为检测装置，电动调节阀为执行器，下水箱为控制对象，而构成的液位单回路系统。液位单回路管道仪表流程图如图所示图液位单回路管道仪表流程图编程监控软件简介及相关应用简介，可编程逻辑控制器，种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。采集前三十秒钟数据思路前个数据给下个数据，最后数据舍去,采取间接寻址。开始模块数据清零模块数据清零模块数据清零结束基于的在线带进水纯滞后单容水箱液位控制控制程序设计测量数据数据起始地址数据长度数据存贮循环计数器用于的当前内容的缓冲区数值中间变量把地址寄存器缓冲区打开数据块转化为指针把指针装载到地址寄存器数据循环,从最后的数据开始装载数据长度地址递减上个数据下个数据基于的在线带进水纯滞后单容水箱液位控制控制程序设计测量数据第个数据,把缓冲区内容地址寄存器结束从程序本身可以看出和梯形图相比较来说，其本身较为复杂些，但较为灵活，更能满足信号队列较长的要求。在本次设计中，所需的队列较简短所以利用的是梯形图进行的队列的建立。队列操作封装在模块中。力控监控系统设计由于此课题中涉及到的监控只是出于对曲线及响应时间上的监控，所以操作起来还是比较简单的。本次毕业设计用的是力控监控组态软件，它具有实时多任务接口开放使用灵活运行可靠的特点。首先，利用组态软件的图库，使用相应的图形对象模拟实际的控制系统和控制设备。创建实时数据库时，用数据库中的变量反映控制对象的各种属性，变量描述控制对象的各种属性。然后建立变量和图形画面中的图形对象的连接关系，画面上的图形对象通过动画的形式模拟实际控制系统的运行。具体的组态软件中实现的管道仪表流程图如下方图所示图组态软件中实现的管道仪表流程图设备组态如图所示基于的在线带进水纯滞后单容水箱液位控制控制程序设计图设备组态图数据库组态如图所示图数据库组态设计中的设备介绍设计结果及问题解决方法过程控制实验装置的介绍实际对象即孝字号上加有盘管滞后的系统响应基于的在线带进水纯滞后单容水箱液位控制控制程序设计关于孝字号设备的简要介绍南阳理工学院变频技术实验室孝字号实验台由夹套锅炉管道阀门水箱模块工控机力控软件等部件组成。系统中可以测量和控制的量有流量水压温度液位等具有几个可控的参数进出水阀门的开度变频器频率加热丝功率，可以通过改变它们的控制信号对其进行控制。水泵的出水口到单容水箱的进水口之间有段很长左右的盘管，水流流经该管道造成大约秒钟的时延，用来模拟滞后环节。控制效果控制西门子控制阀的开度大小，以此来调节水箱进水速度。利用力控监控软件进行实时监控，得到系统的曲线响应。如图所示图系统实时监控响应稳态曲线图响应效果分析由图之所反映的信息可得，在实际对象的控制中，并未取得个好的响应曲线。单从理论上讲，预估控制能克服大滞后的影响。但是由于预估器需要知道被控对象精确的数学模型，而实际中很难获得对象的精确数学模型，故在应用中总存在模型的不匹配。设计过程中出现的问题及解决方法问题压力传感器输出滤波现象运行程序时，检测现象曲线波动较大。思路怀疑接线有短路或接触不良，自控制面板开始检查线路并无此现象，转至仪表面板后接线端子，也没有发现问题。程序中上下限设定有问题，复查后并不超限。压力传感器出现问题。基于的在线带进水纯滞后单容水箱液位控制控制程序设计解决方法在压力传感器中加入电容，以产生滤波效果，使得传送曲线趋于平稳。问题中模拟量模块去干扰现象转换输入出现数据跳动。思路控制程序中参数设定有问题，改变参数变化参数配套，分别置，未解决。在控制程序中加入个数据存储器，未解决。外设接线，复查线路，没有发现断路情况，未解决。解决方法输入输出都要接地，去除干扰。问题补偿不稳定及解决方法现象响应结果出现震荡不在允许范围内。思路利用仿真，利用读写操作反推系统参数值。解决方法在系统运行之后，观测到的响应曲线正如前章结果所示，出现震荡多次调试仍未解决。遂采用仿真，利用读写操作反推系统参数值。读写仿真如图所示图加入读写系统仿真图把在此得到的数据用于设定程序中的各参数，响应结果曲线并未发生很大好转。但本身的实验操作时正确的。可限于实验硬件器材的精度及我们本身的经验，最终响应结果仍有待改进。基于的在线带进水纯滞后单容水箱液位控制控制程序设计结束语时滞系统控制方法的研究，从年代以来出现的方法有预估补偿控制最优控制自适应控制动态矩阵预报控制预测控制滑模变结构控制鲁棒控制有模糊控制模糊自适应控制模糊控制神经网络控制专家控制等。其控制方法也已经由传统控制转向智能控制，或者是二者的结合。目前针对纯滞后系统所采用的控制模糊控制控制，以及预测函数控制等多种先进控制技术。这些控制策略都能实现对时滞系统的有效控制为了提高此类液位控制系统的控制品质。而且，对于具有时间滞后特征的工业过程的控制问题，多年来直是控制理论界和控制工程界广泛关注的热点。对于纯滞后系统的现场控制问题，理论与实际的空间转换过程中，就会存在很多问题。系统设备的精度控制数据的设定及配套都是不得不考虑的因素。当然，对于滞后系统的补偿方法很多，如何根据不同的情况选择相应的控制方法也非常重要，这就需要不断的尝试不断的修正不断的努力。基于的在线带进水纯滞后单容水箱液位控制控制程序设计参考文献孙洪程翁唯勤过程控制工程设计化学工业出版社王树青工业过程控制工程北京化学工业出版社，孙洪程李大字翁唯勤过程控制工程高等教育出版社西门子公司模块数据设备手册西门子公司，任致程传感器变速器智能数显控制器应用手册北京中国电力出版社，芮延年传感器与检测技术苏州苏州大学出版社，杨智工业自整定调节器关键设计技术综述北京电子工业出版社张万忠可编程控制器应用技术北京化学工业出版社，龚运运方立友工业组态软件实用技术清