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针对传统线性PID控制器中控制参数固定导致的控制品质下降的问题，分析了控制参数与对象误差的理想变化关系，给出了控制参数随误差变化的非线性函数，基于此设计了非线性PID（NPID）控制器，并利用Simulink中的NCD模块对其进行了参数整定，并将NPID控制器应用于主蒸汽温度控制系统。仿真结果表明NPID较常规PID具有更好的控制品质和鲁棒性。