控制系统能够具有闭环稳定性是其实现使用价值的前提条件,其中包括为实现和改善控制性能,而对控制结构的设计和控制参数的调整。PID控制器以其结构简单、原理清晰、鲁棒性强等优点,广泛应用于各类工业控制现场。然而对于工业现场普遍存在的时滞较大、且时变非定常的这类被控对象,简单的PID算法难以应对这一系列的变化,不仅无法达到良好的控制指标,甚至无法保证控制系统的闭环稳定性。如何对具有显著时滞环节的被控对象泛化PID基础控制器的控制效果,既有理论研究的探索意义,更有广泛的现场应用前景。本研究立足于PID控制器的基本结构,对其稳定域范围规划和参数整定优化两个方向展开研究,主要研究内容和成果如下:首先,采用阶跃辨识法辨识出时滞对象的模型,并利用参数空间图解法求解时滞对象的PID参数稳定域。分别求解无时滞和时滞系统的PID参数稳定域,在MATLAB中进行了仿真,并在一体化试验箱上进行一阶时滞系统的PID稳定域验证。结果表明,参数空间图解法对时滞系统PID参数稳定域的求解准确有效,理论与工程具有一致性。其次,基于辨识的模型进行PID参数整定。包括经典PID整定、内模PID整定,针对内模PID的模型失配和抗阶跃扰动性能进行研究,并将PID和内模PID对时滞系统的控制效果进行对比。与纯PID相比,内模PID对时滞这一类对象具有更好的控制效果,稳定性和鲁棒性更强。最后,基于模型参数时变非定常的情况,引入模糊控制对内模PID的滤波器参数进行优化。系统运行时,控制器根据偏差e和偏差变化率ec实时校正内模PID的滤波器参数。结果表明,与优化前相比,模糊内模PID的动态性能和综合误差指标ITAE更优,稳定性和鲁棒性均有所提高。理论研究和实践结果均证明,模糊内模PID控制对于具有显著时滞环节的这类对象,不仅能保证其闭环系统的稳定性,而且具有良好的控制效果。此算法可对这类工业现场的控制提供积极的指导和借鉴作用,对提高生产效率和产品质量有着积极的意义。