近些年来,在流程控制领域,通过对生产过程进行机理分析并建模,得到了一类新的过程。此类过程由两个或两个以上的组合积分环节组成,我们称其为组合积分过程。组合积分过程在流程工业中广泛存在,但至今尚未引起广大工程技术人员和研究学者的关注。目前,流程工业中的组合积分过程大多采用传统的控制方法进行控制,如PID控制,Smith预估控制和内模控制等。将传统的控制方法用于组合积分过程的控制能够获得一定的控制性能,这也是此类过程不受重视的原因。但随着现代流程工业对控制精度提出了更高的要求,传统的控制方法表现出了很大的局限性,因此,研究专门针对组合积分系统的控制策略非常必要和迫切。由于组合积分过程中含有类似(?)这样的环节,给组合积分过程的控制和闭环系统的性能,主要是稳定性,分析带来了困难。本文研究了流程工业中实际存在的组合积分过程,对与组合积分系统相关的控制策略和控制系统稳定性分析等问题做了系统深入的研究,主要的研究结果如下:(1)组合积分过程的定义与描述提出了组合积分过程的严格定义,并从实际的流程工业出发,给出了几种具有组合积分过程特性的工业过程。同时,还列举并分析了组合积分环节的几种具体运用场合。(2)组合积分系统稳定性分析的理论基础为了给组合积分系统的稳定性分析提供理论支持,研究了两类多时滞系统的稳定性。这两类系统均同时含有时滞和系数不确定性,其稳定性分析分为两大部分,一部分是求得参数空间内所有可能的参数稳定域边界,在求解过程中借助于Rekasius变换将所有不确定参数都映射到同一参数空间内。第二部分是在求得参数空间内所有可能的稳定域边界的基础上,判断保证多时滞系统稳定的参数稳定域,为实现这一目标,提出了一种基于特征根聚类方法的参数稳定域二步确定法。两类时滞系统中,一类时滞系统含有确定时滞,在分析其稳定性时,采用了基于建筑块(Building Block)概念的稳定域边界求解方法,并同时对算法进行了优化以提高运算效率。另一类时滞系统不含有确定时滞,为求得稳定域边界,提出了两种方法,一种是基于Kronecker和(Kronecker Summation)的方法,先求解稳定域边界上参数所满足的必要条件,然后对必要条件进行检验以确定参数稳定域边界。另一种是基于Routh阵列的方法。通过构造Routh阵列及利用Routh阵列的性质获得稳定域边界上参数所满足的充分必要条件,进而确定稳定域边界。同时还分析了该方法在求解稳定域边界时所需要求解的问题的复杂度,并证明所求解的稳定域中的核超平面的数量是以Fibonacci级数为上界的。(3)组合积分过程的先进控制对于组合积分过程,当期望的闭环传递函数也为组合积分过程时,研究了控制器的设计和实现问题。提出了针对组合积分过程的伪预测重复控制器及伪预测PI控制器。并采用了本文所提出的多时滞系统的稳定性分析方法求解了为保证闭环系统稳定,过程参数所允许的变动范围。计算机仿真结果显示,所提出的控制策略无论在标称情况还是模型失配情况下都具有很好的控制性能。鉴于组合积分过程具有无超调到达稳态,且具备一定噪声抑制能力的特点,研究了期望闭环传递函数为组合积分过程时,低阶时滞过程的控制器设计问题,得到了一类抗时滞PI/PID控制器。所提出的控制器调节方便,仿真显示,采用所提出的方法能够获得平稳上升,无超调到达稳态的闭环输出,且系统具有很好的鲁棒稳定性。(4)组合积分过程的扰动抑制当扰动信号中含有正弦扰动信号时,基于内模原理,设计了能够同时抑制常值扰动和正弦扰动的扰动抑制控制器。为了在保证扰动抑制性能的情况下改善闭环系统的设定点跟踪性能,采用了Astrom提出的改进的Smith预估器控制结构。仿真结果显示,所提出的方法能够很好的抑制常值扰动和正弦扰动。由于扰动抑制控制器的设计和在线整定需要实现知道扰动信号的频率,因此提出了一种信号重构方法,在保证一定信噪比的前提下,从系统输出中重构出具有和正弦扰动信号相同频率,但不受常值信号干扰的正弦信号。然后,在此基础上,设计了一种无味Kalman滤波器(Unscented Kalman filter),辨识重构信号的频率。仿真显示所提出的方法具有频率辨识速度快,辨识精度高的特点。(5)组合积分过程控制的实际工业应用将文中所提出的针对组合积分过程的先进控制算法用于控制两类实际工业过程:烟草加工行业中的烘丝过程和烟叶复烤过程。分析了两类过程的过程机理,建模过程和控制算法设计过程。实际的控制效果显示所提出的先进控制算法能够显著的提高控制精度。采用新的控制算法以后提高了产品的质量,节省了能源和原料的消耗。