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针对化工过程中常见的一类开环不稳定串级控制系统,提出一种新的给定值响应和负载干扰响应解耦的控制结构,从而可分别对其进行在线调节和优化.采用内模控制理论,基于鲁棒H2最优性能指标解析地推导出给定值响应控制器和抑制负载干扰的内外环扰动观测器,从而使控制系统时域响应指标可定量估计和整定.仿真实例验证了该控制结构的优越性.