实际的工业生产过程中往往存在复杂的物理化学过程,导致系统具有难以控制的系统特性,如大时滞、多干扰、非方等。复杂多变量系统的控制问题,是工业现场亟需解决的实际问题,也是控制领域的理论难题。研究工业过程多变量系统的控制方法,既有应用价值,又有理论意义。本文针对工业过程中广泛存在的多变量系统,从控制性能与工程应用角度出发,深入研究了一类基于内模控制理论的控制器设计方法,以及其在非方系统中的扩展。本文主要研究成果与贡献总结如下:1、针对H₂最优控制方法在多变量时滞系统中存在难以实现的缺陷,本文将粒子群优化方法引入到控制器的设计过程当中,对控制器设计方法进行改进。通过对难以实现部分采用粒子群优化近似,使得H₂最优控制器的设计能够实现。在方形系统的基础上,本文提出一种近似广义解耦控制方法,使得H₂最优控制方法能够应用到非方系统当中。仿真结果表明,本文提出的改进算法能够很好地实现解耦控制,且具有一定的鲁棒性。2、通过对基于逆解耦改进的内模控制方法的深入研究,本文从数学形式上推导了控制矩阵设计公式,并给出控制器元素的可实现条件和控制系统的存在条件,补充了逆解耦内模控制的理论基础。针对逆解耦内模控制方法不能应用于非方系统的缺点,本文提出了矩阵分块与虚拟通道补偿两种控制器设计方法,实现了控制策略的非方拓展。所提出的方法在Shell重油分馏塔模型上进行应用,仿真结果显示本文所提出的方法同时具有内模控制和逆解耦控制的优点。3、本文介绍了火力发电单元机组的数学模型,其被描述为一个双输入双输出的时滞系统。本文对实际生产过程模型进行数据采样,在机理模型基础上通过粒子群算法对历史运行数据进行模型辨识,得到协调模型的具体传递函数,对本文提出的控制策略进行验证。仿真结果表明,本文提出的控制策略实现了对机组输出功率和机前蒸汽压力的稳定控制,对于实际工业过程控制具有一定参考价值。