为满足原油在存储和运输过程中的安全要求,以及提升原油经济效益,需要对原油进行稳定处理。在原油稳定过程中,原油稳定加热炉对原油进行加热升温,为后续工艺处理做好准备,是整套装置的核心设备。原油稳定加热炉出口温度的控制直接影响着最终产品的产量和品质,但由于其具有大时滞、大惯性和时变性等特性,使得在实际生产控制中原稳加热炉含有时滞、稳定速度较慢、系统模型缓慢变化和控制约束等问题,导致传统控制策略难以取得理想的效果。针对复杂多变的原油稳定加热炉系统,使用分数阶微积分理论能够更好地建立起原稳加热炉模型与时间的联系,从而全面、真实地描述原油稳定加热炉状态变化。为解决原油稳定加热炉复杂控制问题,提高控制器调节能力和适应能力。将分数阶微积分和比例-积分-微分（Proportion,Integration and Differentiation,PID）控制相结合,设计出的分数阶PID控制器,有效的实现复杂条件下原油稳定加热炉稳定控制。本文针对原油稳定加热炉控制过程中存在的问题展开研究,在分数阶PID控制器基础上,分别基于Smith预估补偿控制理论、模糊控制理论、神经网络控制理论和柔性变结构控制（Soft Variable Structure Control,SVSC）理论进行改进,对含有时滞的一维和三维原油稳定加热炉系统实现了稳定控制,主要内容如下:1、针对原油稳加热炉含有时滞且控制速度慢的问题,设计了一种满足原油稳加热炉时滞控制要求的Smith分数阶PID控制器。首先,通过研究分数阶微积分的概念和理论,分析分数阶PID控制器在原稳加热炉控制系统中的稳定性;然后,将Smith预估补偿控制器应用到分数阶原稳加热炉稳定控制中,有效抑制原稳加热炉系统的时滞干扰;最后,通过稳态误差分析,选择合适的Smith分数阶PID控制器参数,同时讨论阶次对控制时间的影响。将设计的控制器应用于分数阶加热炉系统中,仿真结果及工程实验测试验证了控制器的有效性。2、针对原油稳定加热炉系统控制器参数不易确定的问题,设计了一种满足控制适应性要求的模糊分数阶PID控制器。在Smith分数阶PID控制的基础上,引入模糊控制方法,以专家经验和原油稳定加热炉自身特点为依据,设计出18条模糊规则,通过误差和误差变化率在模糊规则库中搜索最佳控制器参数,实现无时滞和含有时滞的原油稳定加热炉稳定控制。仿真实验说明模糊控制方法能够有效调节分数阶PID控制器的参数,提高了控制系统的性能。3、针对原油稳定加热炉系统具有时变性的问题,设计了一种基于神经网络的分数阶PID控制器。在Smith分数阶PID控制的基础上,考虑神经元的自我感知和学习能力,将误差、误差积分和误差变化率三种形式通过单神经元映射至控制器的参数空间,以获得当前控制器的适合参数,实现无时滞和含有时滞的原稳加热炉稳定控制。仿真实验表明,所设计的控制器能够通过控制参数的自调整,适应原稳加热炉结构参数的缓慢、微小变化,系统状态调节更快且系统误差超调量更小。4、针对原油稳定加热炉含有控制约束及有限时间稳定的要求,设计了分数阶柔性变结构PID控制器。引入了有限时间的概念,应用SVSC方法,设计出有限时间柔性PID控制器,实现了原油稳定加热炉的有限时间稳定和控制约束的目标;利用李雅普诺夫方法,推导出有限时间内分数阶原油稳定加热炉稳定控制,并给出控制器参数与稳定时间的关系。仿真实验表明,调整分数阶柔性PID控制器的参数,能够缩短原油稳定加热炉系统的稳定时间。