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传统的系统辨识及其PID控制器的设计方法,虽然在很大程度上能满足工业系统的控制要求,但对一些具有MIMO、强藕合性、不确定性、非线性、信息不完全性和大纯滞后性等特征的工业控制系统,这些经典方法无法得到满意的效果,迫切需要对多变量系统的辨识及其PID参数整定进行研究,以求整定出合理的、最优的PID参数,以获得比传统的PID参数整定法更好的控制效果,更能适应复杂多变的工业生产过程的需要。论文主要分成两部分来展开论述:多变量系统的辨识部分和PID整定方法部分,其中对多变量系统的辨识方法未涉及太深,只是做了初步研究,重点在多变量系统的PID整定方法上,做了大量工作,取得了一定的成果。在进行多变量PID参数整定方法的研究之前,首先介绍了两种多变量系统的辨识方法:最小二乘法和递阶随机梯度法。在论述了算法基本原理和实现步骤的基础上,通过仿真实验证明了算法的有效性。在多变量PID参数整定部分,首先对PID控制的基本原理与特点进行了概述,然后说明了PID参数整定的分类和传统方法,针对多变量系统的特点,概述了多变量PID的设计方法。而后对这些方法进行了具体研究,主要有预测PID参数整定、内模PID参数整定和鲁棒PID参数整定,分别在文中的第四章、第五章和第六章展开论述:第四章在研究预测控制算法基本原理的基础上,将预测控制算法与PID参数整定相结合,形成预测PID整定算法,考虑到对预测PID参数的优化,提出了改进型预测PID整定算法,并将单变量预测PID控制推广,设计出符合多变量特点的预测PID控制器。比起传统的PID参数整定法（如Z-N整定法）,预测PID整定法对模型失配、大滞后等传统整定法难以控制好的情况均有满意的控制效果。第五章介绍了内模控制器的基本原理,在此基本上,将内模控制算法与PID参数整定相结合,形成IMC-PID整定算法,并将单变量IMC-PID控制推广,设计出符合多变量特点的IMC-PID控制器,主IMC-PID控制器用于保证输出的动态响应,副IMC-PID控制器用于及时克服回路间的耦合干扰,实现控制器解耦。并通过仿真实例证明了IMC-PID参数整定算法的有效性和鲁棒性。第六章基于鲁棒控制的相关理论,介绍了两种多变量鲁棒PID控制器参数整定的方法,一种为多指标相容下多变量PID参数整定,该算法保证了闭环系统的稳定性,并具有一定衰减度,且符合鲁棒性能指标H∞约束;另一种为基于结构Lyapunov矩阵的多变量PID参数整定,保证了闭环系统的稳定性,且符合鲁棒性能指标H2/H∞约束。最后对化工生产中的实际模型,进行了仿真,以证明算法的有效性。在论文的最后,对所做的工作做了总结与前景展望。