随着国家淘汰落后产能,推进技术创新步伐的加快,工业生产领域向着更高效、更安全的方向发展,这就对工业控制技术提出了更高的要求。在实际工业过程中,多变量系统广泛存在于石化、冶金和电力等生产领域,由于系统内部存在复杂的耦合关系,会出现“牵一发而动全身”的结果,给多变量系统的控制造成了很大的困扰。随着产业升级以及对工业产品质量要求的提高,对控制系统的精度也提出了更高的要求,但系统外界干扰的存在会影响系统的控制性能和精度。研究在外界干扰存在的情况下,对多变量系统进行有效的控制,是本文的主要内容。本文首先介绍了内模控制和干扰观测器的基本原理,将内模控制结构和干扰观测器结构进行结合,设计了具有二自由度的控制系统,可以分别对设定值跟踪性能和干扰抑制性能进行单独调节。通过补偿作用,控制系统能够克服模型不确定性的影响,具有较好的鲁棒性。针对周期性干扰,提出了一种改进的干扰观测器设计方法,有效的解决了周期性干扰抑制的难题。针对多变量系统,本文将干扰观测器结构进行了推广,提出了带干扰观测器的多变量系统内模控制。在控制器设计中,采用了解析的方法设计解耦内模控制器,得到了良好的解耦控制效果。同时,提出了一种多变量分数阶干扰观测器,提高了系统的干扰抑制性能,通过对系统的鲁棒性指标进行分析可以确定分数阶干扰观测器的参数,为参数整定提供了依据。为了提高多变量系统的解耦控制性能,本文提出了一种基于逆解耦的多变量内模控制器设计方法。文中将逆解耦的方法推广到了非方系统,通过推导得出了解耦控制器元素的通用表达形式,并对逆解耦的可实现条件进行了分析。另外,在反馈回路中加入了改进的滤波器,提升了干扰抑制性能。该方法设计过程不随多变量系统的维数增加而复杂,参数求解简单,得到了良好的控制和干扰抑制效果。