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针对多温区电加热炉具有大滞后、时变性和强耦合的控制难点，设计了分布式温度控制系统和基于相平面误差分析的变结构PID控制器。通过分析系统误差和系统误差变化速度之间的关系，设计了在不同的系统特征阶段采用不同控制结构的变结构PID控制器。控制器不依赖于被控对象的数学模型，且有较好的针对性，有效的修正了不同阶段的控制作用，抑制了系统超调和耦合性，减小了系统振荡。实验结果表明系统有效控制了各个温区的温度，提高了控制性能，具有实际应用意义。