实际工业生产过程的被控对象往往是多输入多输出(MIMO)系统,且系统变量间存在着耦合作用。由于耦合作用的存在,采用常规的控制方法不能获得满意的控制效果。而现有的解耦控制方法在控制器设计时,没有考虑系统对性能最优的要求,无法满足日渐提高的性能指标最优的要求,因此影响了以节能降耗为目标的复杂工业过程的整体优化控制的实现。为实现多变量系统的解耦控制,并使其满足一定的最优性能要求,本文依托国家自然科学基金项目“非线性多变量自适应最优解耦控制及在钢球磨煤机制粉系统中的应用(61573090)”,针对线性多变量强耦合系统提出最优解耦控制方法,分析了该方法满足的最优性能,并开展仿真与应用研究。主要研究内容概括如下:(1)分别针对连续时间线性多变量系统和离散时间线性多变量系统,将解耦控制和最优跟踪控制相结合,提出最优解耦控制算法,并对该方法的最优性能进行分析。首先,通过引入中间虚拟变量,采用前馈和输出反馈的方法对系统进行解耦;然后,针对解耦后系统,采用最优跟踪控制方法,实现系统对任意参考输入的跟踪;最后,针对数值算例,采用最优解耦控制方法与最优跟踪控制方法进行仿真实验比较。对比仿真结果说明该方法能够更好地实现强耦合系统的解耦跟踪控制,能够获得较满意的效果,并获得一定的最优性能。(2)将最优解耦控制方法应用于工业运行过程中。针对一类强耦合的工业运行过程提出了使运行指标实际值控制在一定范围内,并且能够实时动态给出回路控制层设定值的运行反馈最优解耦控制方法。该方法在回路控制层采用状态反馈控制方法实现回路控制层的跟踪控制;在运行层采用最优解耦控制方法实现各运行指标与回路设定值的解耦控制,并且使运行指标实际值跟踪设定值。分别针对连续时间的工业运行过程和基于数据采样的工业运行过程进行了一系列的对比仿真实验,仿真实验结果表明了本文所提方法能够更好的实现工业过程运行反馈的控制。(3)将最优解耦控制方法应用于钢球磨煤机制粉系统中。首先,建立钢球磨煤机制粉系统的线性化控制器设计模型;然后,针对钢球磨煤机,采用最优解耦控制方法进行仿真,并与一般的最优跟踪控制方法进行比较。仿真实验结果说明了最优解耦控制方法的有效性,说明该方法能够更好的实现钢球磨煤机制粉系统的自动控制。