工业过程为什么存在时滞

① 什么时候系统具有大滞后特性

当该比值大于等于0.5时，被控系统为大时滞系统。大时滞系统以其复杂的特点一直是工业控制中的难题。定义在工业生产过程中，被控对象除了具有容积滞后外，往往不同程度地存在。

② 90年代工业化为什么增长缓慢

一、问题的提出：停滞与结构转型
现代经济增长的历史是工业化不断演进、深化和升级的历史，工业化是现代经济增长的根本动力。本文主要以制造业发展周期为主要路线，试图分析我国工业化过程中制造业面临的一些问题和矛盾。随着人们需求结构的变化，制造业逐渐地从以纤维为中心的轻工业向以重化学为中心的重工业转变，这种现象被称为“重化学工业化”。主导产业的变化过程表现为，当轻工业发展到极限时，重化学工业开始加速发展，这非但没有使制造业整体增长率下降，反而使之上升。主导产业的替换加速了工业化的不断变迁。在这个经济结构转变的重要阶段中，制造业始终成为工业化的核心和动力。[1] 它不仅包括了数量方面的发展，也包括了许多质的方面变化，如现代企业制度的普及和不断的结构转变。
我国的工业化经历了20世纪80年代的迅速转型增长之后，到了90年代中期，在某些领域，特别是制造业部门，增长缓慢，收益率持续下降，[2] 带动经济增长的动力逐渐转向了基础设施、建筑、住房等其他工业及服务部门。进入20世纪90年代末，我国制造业的增长环境更加严峻，一些依赖自然资源的地区由于资源耗竭直接导致了整个地区工业衰退。理论界对近20年来我国制造业发展的评价也存在很大争议。一种观点认为，我国制造业正在逐步成为世界制造业的中心，他们的依据是目前我国许多工厂已经能够为一些世界知名公司提供OEM服务； 另一种观点则表现出对我国制造业发展格局的担心，他们认为制造业已经出现了不同程度的停滞，结构转型、企业重组、城乡矛盾和区域差异仍然是工业化过程不可逾越的障碍。许多制造业部门仍然保留着传统的粗放型经营模式，能源消耗远远高于其他工业化国家同一时期水平；产业的技术层次低下，缺乏持续技术创新的动力；城乡之间的“二元结构”并没有得到有效缓解，某些方面甚至还出现了恶化；[3] 区际贸易壁垒，地方保护主义仍然存在。工业化的深化过程仍然面临着严重的挑战。
改革以来我国制造业到底以什么增长方式为主导？表现为什么样的特点？出现停滞趋势了吗？其根本原因和机制是什么？这一现象是否表明我国工业化中制造业增长的动力逐渐消失？是否意味我国工业化进程进入了一个新的结构性发展阶段？如何超越发展瓶颈，化解由于停滞导致的工业化升级进程产生的危机？本文希望对这些问题进行一些初步的研究。
二、文献综述
早在20世纪80年代，已有文献对相关问题进行了研究，但一般被归类于产业结构的调整与转换，研究者将当时工业内部结构面临的主要问题归结为产业结构的“虚高化”和低水平重复建设。这些研究大多数仍然以政府主导发展为视角，考虑政府主导产业选择、发展方式以及政策措施，并没有考虑到是否可以持续增长以及增长方式的微观机制。从20世纪90年代后期开始，国内外文献研究方法和导向都发生了一些变化，许多文献描述了我国制造业出现了利润率大幅度下降，局部地区出现了增长瓶颈的事实。其中殷醒民以资金利税率为指标，认为国有企业的资金利税率从1980年的24.5％下降到1990年的12.4％、1993年的9.7％；产值利税率从1980年的24.1％下降到1990年的12.0％、1993年的11.1％。[4] 国外的研究也已经注意到中国工业经济的规模效益下降问题，欣格、拉萨和肖为了支持“竞争侵蚀利润”的假说，使用了80年代的省级数据对利润率与非国有部门在工业总产值中所占比重进行了相关分析。[5—6] 张军认为我国工业经济增长到了20世纪90年代中期之后，不仅仅是国有企业，整个产业都出现了整体性的利润率下降趋势。这一现象表明，带动我国工业化增长的制造业的动力正在减弱。[7]
我国制造业所面临的这些特定困境实际上反映出工业化过程中的一般性规律和特殊条件。钱纳里提出在不同的发展结构中，由于受到需求和供给结构的影响，工业化发展面临着不同阶段的转换。[8] 余晖强调了工业化过程中增长停滞的客观原因在于收益递减形成的产业周期变动，他将这一问题归结为资源耗竭型工业化的停滞。[9] 诺顿使用《中国工业经济统计年鉴》（1990年卷）提供的38个工业部门的数据，分别计算了1980和1989年利润率的标准差和变异系数，认为存在着“竞争侵蚀利润”的事实。[10] 郭克莎也认为利润率下降正说明了我国工业持续高速扩张的情况下工业结构升级缓慢。他在与标准模式比较之后，认为“1995年以来经济增长速度的下降很可能反映了某种‘长期’因素的制约作用”[11]。此外，殷醒民将我国低集中度与收益率下降结合起来，认为我国低集中度的市场结构影响了我国制造业的效率提高。[2] 张军则强调了过度的资本形成对制造业升级的障碍，过度的资本形成促使了非国有企业的快速进入并对已有的产业结构产生很大的冲击，形成了过度投资和过度竞争的局面。[12] 刘志彪认为我国大面积制造业衰退的根本原因在于内在的微观机制发生了矛盾，这些因素包括了企业的产业选择和投资机制、进入和退出、行政垄断和用户垄断、价格预期等。[13]
其实，工业化的国家，由于制造业缺乏持续的增长，也出现了所谓产业空洞化现象，如20世纪70年代开始的英国病，80年代美国大量制造业企业的倒闭和90年代日本的产业空洞化导致的经济衰退等等。这种本地制造业在面临国际竞争过程中由于竞争力衰退导致的停滞问题，根本上反映了工业化在结构升级过程中，由于收益率递减规律作用而导致的内在生命周期。因此，工业化过程的深化或者升级需要不断地寻找新市场或者新技术革命。但如果这两者受到特定条件的阻碍，就会抑制制造业的持续增长，引起制造业的收益率持续下降。上述的研究表明了工业化关于制造业问题的分析已经逐渐从宏观视角向微观视角的转换趋势，但这些研究仍然停留在局部现象描述，缺乏进一步从微观机制出发对这一问题进行系统分析。
三、我国制造业发展的特点和轨迹
我们将40个制造业部门分为六大板块，分别为资源型（采选业）、轻工业、重加工业、化学品制造业、机械电子制造业和公用事业。根据一般工业化理论，工业化过程中制造业部门的演进表现为从轻型工业或者资源型工业逐渐向重工业和重加工业延伸，也就是中间投入需求的增加导致了制造业“迂回生产能力”的增加。从资源型和以农产品为原料的轻工业开始，经过初始阶段，在以重加工业和公用事业为主导的投资品带动下，化学品制造业和机械电子制造业的发展为工业化进入中期以致进一步高度化提供了基础。在发展阶段上，前期表现为采选业和轻工业，中期表现为重加工业和公用事业，后期表现为化学品和机械电子部门。

③ 模型预测控制的企业应用

钢铁冶金行业是一个复杂的加工过程，把铁矿石、煤等原材料加工成钢板要经过焦炉、烧结、高炉、炼钢、连铸、热轧、冷轧等多个工艺环节，这些环节中主要包括了高温处理过程(各种加热炉)和高速轧制等其他一些过程，其中的控制系统非常复杂，普通存在动态时变时滞的复杂特性。随着竞争的日趋加剧，对产品质量控制的要求越来越高，基于模型的传统控制方法难以收到令人满意的控制效果。因此，必须结合钢铁冶金的特点，将先进的控制方法以及人工智能技术引入钢铁冶金的各个工艺过程的控制之中，研究适用的控制方法。
钢铁企业的生产流程如下图所示。下面将结合钢铁企业生产工艺讲述模型预测控制在钢铁企业的应用情况：
焦炉是具有大时滞、大惯性、强非线性、多变量耦合、变参数的复杂对象，其生产过程是既受连续时间信号的驱动，又受离散事件驱动的一类混杂系统，高军伟等旧。提出了一个综合智能控制算法，采用多模型切换系统的方式对焦炉的温度进行控制。该控制算法以多变量模糊控制为核心，采用神经网络构造蓄顶温度/直行温度转换模型，增加了专家控制和预测控制，模糊控制用来控制系统的连续推焦状态．模糊控制和预测控制结合用来控制焦炉检修期间温度上升和下降趋势状态，采用专家控制的方法，通过调节吸力来控制机侧和焦侧温度不平衡的情况。该系统在北京炼焦化学厂投入生产运行后，取得良好控制效果，对提高焦炭质量、降低能耗和延长炉体使用寿命都有重要的意义。
烧结终点控制是影响烧结矿产量和质量的关键环节，但由于这个环节的动态长时间滞后，与终点调节的相关因素多，成为烧结厂自动控制的难点。针对冶金工业过程普遍存在的动态时变时滞和模糊特性，李桃等将自适应技术、预测控制与模糊控制相融合，提出一种集成型智能控制方法——自适应预测模糊控制。可以提前预测烧结过程的动态时滞和被控变量的状态。该控制方法应用于冶金原料准备阶段的烧结过程终点的控制，结果表明，控制系统能够自适应地辨识时滞的变化和预报烧结终点的波动，适当调节机速，防患于未然，以保持烧结终点稳定在设定值附近。这一控制方法同样也适用于其它存在时变时滞的复杂工业过程的控制。
在结晶器振动系统中，吴晓明[]等人采用了双值DMC控制算法，理论和实验研究表明能很好地跟踪参考轨迹，减小了非正弦波形的畸变，提高了系统的控制精度。双值动态矩阵控制算法采用了非最小化描述的离散卷积模型和滚动优化策略，使模型失配、畸变、干扰等引起的不确定性及时得到弥补，从而得到较好的动态控制性能。在连铸结晶器液位控制系统中，王朝利等人[]利用预测控制算法之一——增量型模型算法(IMAC)设计宝钢一连铸结晶器液位控制系统。模型算法控制分为单步模型算法控制、多步模型算法控制、增量型模型算法控制等多种。由于单步模型算法控制包含的控制信息量少，因而控制效果和鲁棒性都较多步模型算法控制和增量型模型算法控制差，而且单步模型算法和多步模型算法控制都无法消除扰动造成的稳态偏差，不能无偏差跟踪参考输入轨迹；而增量型模型算法控制(IMAC)恰好能解决这些问题。IMAC的引入使结晶器液位控制独具特色。仿真和对比研究表明，引入IMAC后系统的控制效果优于原先的PID控制。结晶器液位控制精度明显提高，液位波动较小且没有稳态误差，能实现无稳态偏差调节和跟踪。
热轧工艺中的步进梁加热炉温度控制对象是一复杂的多输入多输出、非线性、强耦合的分布参数系统。传统的步进梁加热炉控制采用经典PID控制器，在流量的平稳性、温度的快速跟踪等方面受到控制器本身的限制，而且不能达到好的解耦效果。汪开红等人使用基于预测控制的多变量约束控制算法，将加热炉和底层控制回路作为广义对象进行控制，所以控制器本身已经将各部段温度的耦合考虑了进去，不需要额外的解耦方案设计，较通常的PID控制具有明显的优越性。而且。这种控制的外延性好，不会因对象模型的变化使控制效果发生较大变化，这也正是先进控制的特点。在控制器设计时，由于将流量和流量的变化量加入优化目标函数，可以在保证温度跟踪精度的同时，对流量进行控制。仿真结果表明了这种先进控制算法在解耦、节能指标、跟踪平稳性等方面表现出了良好性能，表现了多变量控制的优点，使预测控制在加热炉对象上的成功应用有了理论上的证实。
热轧带钢卷取温度是影响成品带钢性能的重要工艺参数之一。层流冷却控制系统的控制目标是根据实测的带钢终轧出口温度、速度及厚度确定相应的喷水区长度，使卷取温度尽可能接近目标值，以期获得优异的成品钢卷。彭力等人运用预测控制思想，得到了一套适用性较强的控制算法，结构形式简单、可调性强、适用面广的数学模型加上分段优化、局部反馈的算法，使得控制效果有明显提高。在设计控制系统时，以温度预测模型为基础，根据带钢终轧出口温度、速度及厚度，计算出为使卷取温度达到目标值所需的喷水区长度改变量，这实际上是一种前馈控制，它往往无法保证实际的卷取温度等于目标值，为了提高控制精度，还设计了反馈控制，以弥补前馈控制的不足。建立利用带钢实测人口条件如：终轧温度、速度和厚度预测带钢经过冷却区冷却后的卷取温度，将带钢分段，把带钢每一段作为一个计算点，结合分段最优前馈控制计算，采样一段、计算一段、优化一段，体现了滚动优化的特点。

④ 什么叫做时滞它包括哪些组成部分

时滞效应货币时滞效应的特点和意义 时滞是时间滞后的简称.货币时滞是指货币行动与其效果之间的时间距离,即从货币供应量增加到物价普遍提高有一个较长时间的传导过程,弗里德曼认为：因个人经过相当时间才扩散其调整,其资产负债表的调整是非常缓慢的.初期货币行动所产生的影响因而须经相当长久的时间才会达到全部资产.支出的影响也将需要相当长的时间才会扩散.正因为调整、传导、涉及都需要一定的时间,故采取货币行动后必然要经过一段时间才能发生真实效果,这就是时滞效应. 时滞效应的特点不仅表现为行动与效果之间存在时间差距,而且表现为传导过程中初始效果与最终真实效果之间存在差异.弗里德曼经过大量的实证研究认为,货币增长率的变化平均需要6－9年月后才能引起名义收入增长率的变化,再过6－9个月价格才会受到影响,因此,从货币增长率变化到物价变化一般有12－18个月的时滞. 弗里德曼认为,时滞效应对于货币理论与政策有重要意义.对于预期理论来说,由于时滞的存在,使人们以现有知识为基础的预测产生相当大的误差.因此,人们的预期只能是适应性的,随着不断变化的情况调整自己的预期和行为.对于货币政策来说,由于时滞的存在,它经常导致对货币政策效果的错误解说,也往往导致货币政策的错误决定.因为货币变动的作用并没有同时发生,货币政策就被认为是无效的. 弗里德曼认为,由于没有认识到货币政策的时滞效应而产生了种种误解. 弗里德曼以时滞效应为武器,坚决反对凯恩斯学派“逆经济风向行事”的反循环政策,他认为,货币当局没有认清其行动对经济活动发生影响的时间差距,便根据今天的情势去决定他们的行动,而他们的行动却是影响6个月、9个月、12个月或15个月以后的社会经济行为.例如,当前的衰退是为制止前一个通货膨胀而采取紧缩性货币行动后,正在传导的中间过程或初始效果,如果针对当前的衰退而采取扩张性政策,必然回避了通货膨胀.因此,由于存在政策效果的时滞,其结果常使为反循环目的而采取的行动转变为额外的、不必要的纷扰.认识并正确理解时滞效应的政策性,就应该制定一个长期稳定的、连续一致的货币政策.