化工,热工等流程工业中由于工艺、系统设计、对象特性等原因使得大多数控制回路都存在滞后的现象。滞后的存在使得控制器的设计,控制器参数的整定带来了困难。本文通过幅值裕度和相位裕度分析了 PID控制器对滞后系统控制的状况,并得出结论:滞后时间越大,为了满足闭环控制系统的稳定,需要控制器增益越小。所以在滞后系统中使用PID控制器不能同时满足系统稳定性,以及系统输出跟踪设定值的快速性。为了全面的了解滞后对象,本课题主要研究对滞后对象的系统辨识,控制以及控制器的性能评估等问题。1、在对滞后对象的辨识中,为了同时满足响应时间和临界稳定系统的稳定性问题,本文选择的辨识激励信号是带滞环的偏置继电器信号。继电器信号跟滞后对象形成单位负反馈的闭环回路。传统的继电反馈辨识法,都是将系统输出的周期振荡信号转化到时域,然后读取震荡周期和振荡幅值来解析算出对象参数。但是振荡幅值的读取很容易受到干扰的影响而使辨识结果不准确,甚至完全不可信。本文通过读取振荡输出的半个周期,使用最小二乘法辨识对象模型,大大提高了对象的辨识精度。同时,跟阶跃信号下的最小二乘辨识相比,缩短了系统响应时间。2、在对滞后对象的控制中,本文中提出滞后对象控制的两种改善方法:第一,使用改进的标准自抗扰控制回路结构,通过扩张状态观测器对滞后系统做出补偿,并将整个自抗扰控制结构简化为一个补偿模块和控制器模块。自抗扰控制中的扩张状态观测器参数和控制器参数通过建立灵敏度函数和补灵敏度函数的H∞最小化性能指标,并通过PSO寻优得到。第二,针对临界稳定的积分加纯滞后对象,本文提出了 IMC-Dahlin的双闭环控制结构。其中内环使用Dahlin控制器来稳定对象,通过选择内环闭环传递函数的时间常数来优化目标。外环使用IMC控制器,来综合调整整个回路中系统输出跟踪设定值的能力,控制器消耗,系统抗干扰能力以及系统鲁棒性等指标。其中两个控制器的参数通过线性二次调节器LQR优化给出。3、本文针对确定型干扰回路给出了控制器性能评估方法。本文将期望的IMC控制器闭环传递函数作为性能评估设计的基础。其中闭环传递函数的时间常数值需要用户保守给出。理论的输出方差通过线性矩阵不等式LMI求解出,并作为控制器的性能基准值,跟实际的系统输出方差做比值,得出控制器的性能指标。值得指出,任何可以改善控制器性能的方法都可以作为控制器的调优方法。