在大规模连续工业生产过程中,大量存在一种输入变量与输出变量不相等的非方系统。日益提高的工业控制要求,输入变量的约束和操作条件的变化都是产生非方系统的原因。非方系统的控制问题对控制方法提出了更高的要求,传统的控制方法已无法满足实际生产的需求。内模控制作为一种先进控制方法,具有响应速度快,鲁棒性好,实际操作中计算量较小等优点,并且具有很强的抗扰性能。经过几十年的发展,理论体系已较为成熟。本文的工作就以非方系统为研究对象,推广内模控制在非方系统中的应用,主要做了以下几个方面的工作：介绍了多变量内模控制的结构,原理和设计方法,分析了系统的鲁棒性,通过对双输入双输出多变量系统的仿真研究,讨论了内模控制的控制效果和鲁棒性。利用回路配对实现非方系统的方形化。讨论了相对增益矩阵及其衍生方法的优缺点,提出一种非方有效相对增益矩阵,给出了利用配对法求解方形子系统的方法。通过理论分析和仿真实验,说明该类方法对非方系统进行控制的有效性。针对非方系统直接进行控制器设计的多种方法,进行了详细的分析和对比,包括广义逆法,多变量协调控制法,分布式控制法等,并讨论了其与内模控制结合的可能性。针对一类含时滞和RHP零点的非方系统,提出一种基于广义逆和解析分析的解耦内模控制方法。该方法通过对时滞和RHP零点进行解析补偿,实现对系统的解耦内模控制,并通过本文提出的一种改进随机数搜索算法对控制器进行降阶,达到工业应用的要求。该方法不必对时滞项进行近似,且降阶算法对初始值要求不高。仿真结果验证了该方法对时滞非方系统的控制效果。针对内模控制在工业现场传统控制装置上的实现问题,讨论了IMC—PID方法在非方系统的应用。通过仿真实验验证了方法的有效性。