在目前的实际工程中,80%以上使用的仍然是单变量PID控制器,但是对于工业现场中广泛存在的非典型被控对象,单纯使用传统PID控制器难以取得良好的控制效果。本文利用内模方法与传统PID控制器结合形成的IMC-PID控制器来控制非典型系统,实现了全系统质量卡边、整体效益最大、最小能耗等控制目标,具有重要的理论意义和实际应用价值。本文介绍了内模PID控制的性质及其设计方法,针对非典型系统中一类执行机构的饱和问题,提出了一种基于误差性能指标优化的改进型抗饱和内模控制结构,并采用贝塞尔滤波优化方法设计抗饱和补偿控制器；针对高阶时滞多变量系统,探讨了该系统设计控制器时存在的困难并给出了解决思路；引入了RGA与RNGA矩阵配对法,并在RGA与RNGA的基础上提出了一种新型的R-RNGA矩阵配对法；探讨了几种常用的模型降阶方法并做了仿真对比；将几种时滞处理方法做了对比,得出了其不同的使用条件；提出了一种基于R-RNGA矩阵配对法则的降阶模型多变量分散IMC-PID控制器设计方法,并做了一些列的仿真研究；给出了V规范型解耦内模控制结构,在此基础上,针对高阶时滞TITO对象,提出了一种基于降阶模型的V规范型解耦内模PID控制器设计方法。仿真结果表明,本文提出的改进型抗饱和IMC-PID控制器有效地解决了传统饱和控制中存在的稳态误差问题,提高了响应性能。本文提出的基于新型的R-RNGA矩阵的降阶模型多变量分散IMC-PID控制器较好地解决了被控系统中的时滞问题与耦合问题,具有响应性能快,稳态无误差,鲁棒性强等优点,为化工过程中的多变量系统的控制问题提供了一个新的思路。