内模控制(IMC)以其简便的设计方法,独特的鲁棒性以及预测能力等特点,使其在解决多变量系统的控制问题上显示出巨大的生命力。本文主要分析研究各种多变量内模设计方法,以期找到简单、有效、实用的策略。主要研究内容及取得的成果如下:1、针对一类时滞不稳定对象,采用一种带两个PID控制器的二自由度内模控制结构对其进行控制,并对一阶和二阶时滞不稳定对象讨论了各个控制器的设计方法。仿真结果表明,此方法参数调整容易,可有效的控制标称延迟时间大于1的不稳定对象。2、针对操纵变量个数与被控变量个数相等的方形系统,详细分析对比了三类内模控制设计方法,即主回路内模控制、对象解耦内模控制和控制器解耦内模制,并研究了滤波器参数优化和多变量IMC-PID设计问题。对于对象解耦内模控制,采用解析方法逐步分析了解耦的本质和必备条件,提出一种新的广义对象对角元素表达式,使解耦后的广义对象包含原对象的有效信息;对于控制器解耦内模控制,针对双输入双输出稳定过程,提出一种新的设计方法,结合解耦和稳态误差两个方面,利用对象传递函数模型行列式的静态增益及次对角元素与同行相应主对角元素之商的不合理部分(即不稳定极点和纯超前部分)的逆来设计控制器,有效地解决了多时滞多变量对象的控制问题;对于滤波器参数优化问题,以改进的综合跟踪特性与解耦特性的ISE指标最优为目标,提出一种利用MATLAB的M文件和SIMULINK相结合实现NLJ算法的方法,对滤波器参数进行寻优,解决了多变量系统性能指标求解这个复杂的问题;对于多变量IMC-PID问题,利用麦克劳林展开式,推导出将多变量内模控制器转换为PID控制器的计算公式。仿真结果表明,控制器解耦内模控制的解耦效果和鲁棒性都较好,是三类方法中最可取的一种。3、针对操纵变量个数大于被控变量个数的胖系统研究了两种内模控制方法,即主控量法和广义逆法。前者主要针对多输入单输出系统(MISO),选择一个主控量,而将其它输入当作干扰进行补偿;后者是利用对象的广义逆来设计内模控制器。仿真结果表明,两种方法都优于方形化法。