在工业生产过程中,被控对象通常具有不同程度的纯延迟。例如气体物料、液体物料通常经过管道传送,固体物料通过传送带传送。而在工业生产中利用改变物料的流量来调节生产过程时,经过输送环节的传送时间(滞后)后,物料的变化情况才能到达生产设备进而实现工艺参数的改变。这个输送过程的传送时间是一个纯滞后时间。再如,在热交换过程中,经常将被加热物料的输出温度作为被控制量,而把载热介质(如过热蒸汽)的流量作为控制量,载热介质流量改变后,经过一定时间才表现为输出物料温度的变化。系统这种表现可用含有纯滞后的传递性描述。这类控制过程的特点是:当控制作用产生后,在滞后时间范围内,被控参数完全没有响应,使得系统不能及时随被控量进行调整以克服系统所受的扰动。因此这样的过程必然会产生较时显的超调量和需要较长的调节时间。所以,含有纯延迟的过程被公认为是较难控制的过程,其难控制程度与过程的时间常数之比大于 0.3 时,该过程是大滞后过程。随此比值的增加,过程的相位滞后增加而使超调增大,在实际生产过程中甚至会因为严重超调而出现事故。由控制理论可知,无滞后比有滞后时系统更稳定,系统更容易控制。而且,无滞后时稳定裕量无穷大,对应增益为无穷大;而当系统含有滞后时,稳定裕量有限时,对应增益也有相应有限值。此外,大滞后会降低整个控制系统的稳定性。因此大滞后过程的控制一直备受关注。解决纯滞后系统问题对工业的重要性不言而喻。
上图是一阶滞后的一种形式,该元件的参数有三个,分别是初始值(user\outo),time constant(时间常数)、value of gain(增益系数),在参数设置的过程中时间常数必须严格为正。增益系数没有限制。输出的初始值可以由用户设置,也可以在运行开始时直接使用输入的值设置。当用户不知道输入的初始值并且不想产生巨大的瞬态时,可以使用outo模式。
该元件的数学表达式为:output/input=k/(1+τs),输出的导数为:doutput/dt=(k*input−output)/τ,其中 k为增益系数, τ为时间常数。