工业控制对象大多为时滞对象,特别是在石油、化工行业中。由于滞后时间的存在,传统PID控制难以达到理想的控制效果。内模控制方法以可调参数少、参数与性能之间关系清晰等优点而被广泛应用。然而,时滞对象中存在不稳定时滞对象难以保持系统稳定性及多变量时滞系统中的耦合作用难以抵消的问题,制约了内模控制方法对系统性能的改善。为了解决上述问题,本文重点研究了内模控制方法在不稳定时滞对象和多变量时滞系统中的应用。本文分析常规内模控制器设计存在的问题,考虑设定值跟踪与抗负载扰动性能、一般性能与鲁棒性,提出了一种内模控制器双平衡设计指标。根据性能指标进行控制器参数整定,实现了控制系统的双平衡设计。针对内模控制结构不能直接控制不稳定时滞对象的控制问题,提出了改进内模的直接控制方法。设定值跟踪控制器与被控对象看作广义对象,将广义被控对象与预测值之间的差值作为扰动信号进行抑制。采用这种方法不需加入内环反馈,降低了控制系统设计的复杂性。该方法应用于广泛的不稳定的对象。不稳定时滞对象的二自由度控制结构能够兼顾设定值跟踪与抗负载扰动响应,然而众多的研究缺乏详细的系统鲁棒性、一般性能的分析。为了解决上述问题,本文提出了一种控制器设计方法。这种设计方法得到系统的最优鲁棒性。在二自由度控制结构的基础上,采用一种改进的滤波器结构,深入分析控制器参数与性能、鲁棒性的关系。给定了最大灵敏度函数的取值范围,实现鲁棒性与性能的折中。基于此,本文提出了满足最大灵敏度函数条件下的最优内模控制器解析设计规则。为了解决传统的反向解耦控制方法难以控制含有RHP平面零点的多变量时滞对象的问题,本文提出一种基于反向解耦的多变量IMC-PID控制方法。分析对象特征,给出了反向解耦可实现的条件。不满足可实现条件的情况下,添加补偿项得到新的解耦后广义对象。针对广义对象,改进解耦器的设计方法。本文的方法实现了完美的动态解耦控制,获得良好的鲁棒性。