近些年,全球环境问题日益严峻,不容乐观,而我国大部分区域也出现经久不散的雾霾天气,严重威胁自然环境和人体健康。火力发电过程中排放的大气污染物就是造成雾霾天气的主要原因,其中,氮氧化物作为空气污染物之一,在导致雾霾形成的同时,更伴有酸雨、光化学烟雾等污染方式,故我国出台了一系列政策和措施加紧控制氮氧化物的污染问题,高效地控制氮氧化物的排放显得尤为重要。目前国内大部分火电厂的SCR脱硝系统仍采用PID控制器,当系统处于稳定工况或负荷变动较小时,这种控制方式可以进行实现有效的控制效果,但由于SCR脱硝系统非线性、大迟延和时变性的特性,所以在系统负荷变动和现场实际运行时,导致使用PID控制器无法获得令人满意的控制品质,使得喷氨量过多或过少,造成氨逃逸或反应不充分等问题,从而使出口烟气中的氮氧化物浓度出现大幅度波动,超出排放限值,危害环境和人体健康。故本文首先针对SCR脱硝系统变工况运行的实际情况,提出了基于IMC-FOPID控制器的多模型控制方法,利用多模型控制方法克服负荷变动时系统产生的波动,仿真结果表明,这种控制方法可以很好地改善系统的动态特性。接下来本文为克服脱硝系统在实际运行中遭受的诸如烟气流量和氮氧化物浓度的变化等对系统造成的扰动,在多模型控制策略的基础上,提出了基于扰动观测器的改进方案,使用扰动观测器对扰动进行观测并补偿,仿真结果表明,加入扰动观测器的系统提高了对扰动的抑制能力。然后本文为保证SCR脱硝系统运行时具有一定的稳定性能和鲁棒性能,设计了基于LMI求解方法的鲁棒增益调度控制器,并应用到脱硝系统中,仿真结果表明,在这种控制方法下,系统处于变工况运行时仍具有较好的稳定性能和鲁棒性能。最后,针对如何提高系统所遭受的内部扰动和外部扰动的抑制能力问题,本文引入了自抗扰控制器克服系统遭受的总扰动,仿真结果表明,相比于传统的串级PID控制方式,自抗扰控制器在设定值跟踪能力、抗扰动能力上都有很大提升,而且在负荷变动时,自抗扰控制器仍能保持良好的控制性能。本文中提出和使用的几种控制方法既可以提高SCR脱硝系统的控制品质,也为实际工业中的SCR脱硝系统的控制和优化提供更加丰富的控制思路。