工业过程中的时滞现象非常普遍,大时滞的存在严重影响了系统的稳定性,导致系统的超调量变大,调节时间大大加长,甚至出现振荡、发散,系统的动态品质明显变差。有许多学者研究出了很多关于大时滞过程的控制方法,但是很多方法基于经典方法或现代控制理论、计算复杂,很难在工业中得以真正应用。因此,提出简单、有效、实用的大时滞过程的控制方法是很有意义的。 本论文的研究对象-水厂的混凝投药过程就是一个复杂的物理化学反应过程,是一个具有大时滞、变时滞、大惯性的难控过程。因此,要对这个过程实现高性能的自动控制就首先就要解决大时滞过程控制的问题。 为此,本文对大时滞系统常用控制方案进行简要总结,首先分析了三种先进PID控制算法,并在前人研究的基础上,分别对二自由度内模控制、基于改进Smith的单神经元自适应控制等控制方法进行了研究,探讨各种先进控制算法在混凝投药过程的应用,主要研究工作和成果如下： 1)虽然纯PID控制不能很好的解决大时滞控制问题,但由于PID本身固有的诸多优点,仍有许多学者提出改进的PID算法。本文对应用或研究较多的三种先进PID控制方法进行分析及仿真。三种算法即：基于内模的PID(IMC-PID)、非线性PID,预测PI控制(PIP),仿真研究证明了三种算法构成的控制器都具有优于传统PID及Smith预估控制器的控制效果。 2)针对水厂投药这类典型的大滞后工业过程对象和普通内模控制的不足,从内模控制和二自由度控制原理出发,介绍了两种二自由度内模控制方法,与自适应内模控制算法相比,它不需要辩识模型参数,结构比较简单。并通过仿真研究证明了此控制系统可以同时独立地调节目标值跟踪特性、干扰抑制特性和鲁棒性,使各方面的性能均达到最佳,有效的解决大时滞过程控制的问题。 3)水厂混凝投药过程要作到精确建模十分困难,为此本文提出了单神经元自适应控制结合改进的Smith预估的智能控制算法。充分利用单神经元非线性逼近特性、自学习、自组织的能力,及改进Smith预估补偿控制的优点,不需要对被控对象进行精确的辨识,能够实现系统的控制品质提高。通过和最优常规PID-Smith控制进行了仿真比较和理论分析,表明了此控制系统具有良好的自适应性和鲁棒性,可有效控制大时滞、变时滞的水厂混凝投药过程。