侯 明， 徐文龙， 李 擎， 王巧玲， 管 萍

（北京信息科技大学自动化学院，北京100192）

0 引 言

管道水箱、物料传输带、温箱，是过程控制系统中广泛应用的3种典型控制对象，它们通常被认为是带有纯延时的一阶系统（First Order Plus Pure Delay，FOPPD）。这类对象的典型控制方案是利用斯密斯预估器＋PID（Smith Predictor＋PID，SPPID），能够有效解决纯延时问题。在实验教学过程中，依据这种方法对管道水箱系统进行了测试，结果并不是特别圆满。多年来对这个现象未加深究，仅当为测量误差、部件性能老化来解释。近期由于科研的一些经验，遂进行了资料检索、机理分析、仿真、实验验证，确定该问题确实存在谬识。

1 问题发现

过程控制系统中，很多控制对象中包含纯延迟环节，其中被广泛引用的3种典型的控制对象为管道水箱［1-8］、物料传输带系统［1，4-5，7］、温度控制系统［1-8］。

图1为文献［1］中所举的一个物料传输带与物料溶解罐，是一个典型的系统。

图1 物料传输带系统

该系统中物料在传输带上由料斗出口到液罐上方的传输过程具有纯延时特征，物质溶解在液体中浓度近似为一阶环节，它们连接在一起构成典型的FOPPD：

式中：K为系统增益；T为系统惯性时间常数；τ为系统纯延迟时间。类似的，将这个传递函数用来描述温箱系统、带有管道的单容水箱系统。

对于这种带有纯延时的系统，采用SPPID控制方案，可以获得满意的效果，其控制结构如图2所示。

图2 SSPID控制策略

图中：D（s）为控制器；Gp（s）为控制对象惯性部分；e－τs为纯延迟部分，其传递函数为：

在MCG10型液位控制系统装置上进行实验验证，该装置的传递函数为：