流程工业中存在大量被分层有序地组织起来的控制回路,具有优良性能的控制回路是企业确保产品质量,降低生产成本的关键。如果缺乏定期的维护,控制回路的性能会随着时间的推移而逐渐恶化,从而影响到企业生产的能源材料利用率与经济效益。因此在不影响过程正常运行的前提下,挖掘常规运行数据所包含的过程信息,构建多种性能指标来实时监控控制回路的性能,诊断引起控制性能退化的原因,并提出针对性的控制性能改善策略等研究对实现流程工业稳定、高效和经济运行具有重要意义。本文的主要研究内容可以分为两个部分：第一部分针对流程工业控制回路中常见的粘滞非线性问题,研究了非线性单变量控制回路的性能监控、粘滞诊断与性能改善问题；考虑到多变量回路中变量间相互作用对控制性能的影响,第二部分研究了线性多变量控制回路的性能评估与监控问题。具体内容总结如下：1.针对传统的单变量控制回路性能监控算法需假设线性对象和高斯噪声的局限,提出了一种新的基于概率分布间距离的非线性单变量控制回路性能监控方法。在输出数据的概率分布不服从高斯分布的情况下,利用核密度估计法计算出过程输出信号的概率密度函数,结合Hellinger距离衡量出不同概率分布之间的差异,并利用其对称性和有界性,定义了基于Hellinger距离的控制性能监控指标,据此提出了非线性单变量控制回路性能监控算法。该算法能够更充分地利用输出数据概率分布中包含的信息,特别是其高阶矩所具有的信息,在输出信号的低阶矩变化很小的情况下,仍能有效地反映出由更高阶矩表征的控制回路性能的变化,克服了传统性能指标在回路中存在非线性或非高斯分布噪声影响下无法准确指示控制回路性能变化的缺点。2.针对存在阀门粘滞现象的单变量控制回路中粘滞参数和模型参数估计问题,提出了一种新的基于时频域准则的粘滞量化方法。在Hammerstein模型辨识框架和两参数粘滞模型的基础上,通过谐波平衡方程估算出回路中振荡的频率,结合全局搜索算法和最小二乘辨识方法,提出了基于时域和频域信息的粘滞量化算法。同时,针对串级控制回路粘滞检测问题,采用描述函数法分析了串级控制回路中存在粘滞引起的振荡的条件,给出了此时过程模型与粘滞描述函数间的关系。所提出的粘滞量化方法通过谐波平衡方程将阀门粘滞引起的振荡的频率与过程模型相联系,并将该频率包含的频域信息有效地融入原有的时域辨识准则中。在利用常规的闭环运行数据进行辨识时,新的时频域辨识准则对粘滞参数和模型参数的辨识精度相比传统方法有了显著提高。3.针对存在粘滞引起的振荡现象的单变量控制回路性能改善问题,分析了简单回路和串级回路对粘滞补偿的性能,提出了通过串级回路内外环控制器参数调整来改善控制性能的策略。在描述函数法的基础上,通过频域分析得出控制结构改变导致的回路频率响应特性的变化,使得串级控制回路相比于简单控制回路能够更有效地抑制由粘滞引起的回路振荡,为通过控制结构调整升级补偿回路振荡提供了理论支撑。通过对不同的过程模型和内外环控制器类型的独立分析,分析出不同情况下粘滞引起振荡的条件,并提出了相应的控制器参数调整策略,以达到尽量减小粘滞对整个回路造成的不利影响从而改善控制回路性能的目的。通过实验分析证实了文中提出的控制器参数调整策略对回路中粘滞引起的振荡具有有效的抑制作用,该策略为现场工程师调节串级回路补偿粘滞抑制振荡提供了理论指导。4.针对线性多变量控制回路的性能评估与监控问题,提出了一种基于过程数据空间分布不相似度的性能评估和监控算法。首先对最小方差输出数据的协方差矩阵与实际输出数据的协方差矩阵进行Karhunen Loeve变换,使变换后协方差矩阵的特征值包含了原始特征向量的方向性信息,而后利用这些特征值定义了一种新的性能评估与监控指标,据此提出了线性多变量控制回路性能监控算法。通过实验分析表明,该算法能充分挖掘过程输出数据协方差矩阵特征值和特征向量所包含的信息,反映出该协方差矩阵所定义的超椭球体在体积和方向上的差异,克服了传统控制性能监控算法在协方差矩阵迹和行列式值无显著变化时对回路性能变化无法有效指示的缺点。