实际生产中大多的控制系统都是带有约束的非线性系统。饱和问题属于带约束的非线性系统亟待解决的问题之一。广义的饱和问题(windup)中包括物理特性限制、执行器饱和等输入饱和问题以及模型替代问题。由于饱和的存在会严重影响系统的性能,甚至造成系统不稳定,因此抗饱和的控制器的设计尤为重要。本文介绍了当前抗饱和控制器设计的一些主流方法,此外,针对饱和问题,本文提出了两种新的抗饱和内模控制策略,同时为了使该方法其易于实现,将此两种抗饱和内模结构转化成IMC-PID控制器结构。为了使该IMC-PID结构达到良好的动态响应,本文采用智能优化算法(IOA)进行控制器参数以及补偿系数寻优。首先,对经典的含有饱和的内模控制系统进行分析,分析了当对象确定,不同输入饱和值Umax对内模控制输出的影响,以及不同滤波器时间常数λ对内模控制输出的影响。推导了控制器可以追踪对象输出设定值条件下,输入饱和值Umax与滤波器时间常数λ的关系。为研究抗饱和内模控制器的参数设计提供依据。其次,对经典的抗饱和统一框架(AWBT)下提出的抗饱和内模控制结构进行改进,改进了补偿器。本文通过在副控制器中加入了一个参数,使其可以由智能优化算法(IOA)进行优化,提出了一种新型的抗饱和内模控制结构,并将其转化为IMC-PID控制结构,最终提出了基于IOA的优化补偿抗饱和IMC-PID控制器。在相关仿真中,通过对ITAE、ISE等系统性能指标的分析,说明了此系统具有更快的动态响应以及更好的跟踪性能。最后,对一般的含有饱和的控制系统进行定性分析,全面的分析了饱和对系统造成的三种主要影响,针对这三个主要影响分别设计了三个静态补偿器并采用前馈的思想对系统进行补偿,减少饱和对系统造成的影响,提出了基于定性分析的多补偿器内模控制结构。随后采用智能优化算法(IOA)将其转化为抗饱和IMC-PID控制结构,最终提出了基于定性分析的多补偿器IMC-PID控制器。在相关仿真中,通过对超调量、调整时间、稳态误差等系统性能指标的分析,说明了此结构能够有效的改善由于饱和带来的不良影响。