随着科学技术的蓬勃发展,工业系统也进一步向智能、精确、安全、经济方向发展。作为自动控制领域的常青树,经典的PID控制器,无论是基于大型计算机平台、还是基于微型处理器平台,仍然引领自动控制器领域。但是,由于过工业系统存在着时变、非线性、大滞后等特点,而且要求控制控制系统达到较精准的控制目的,这对于那些经典的基于模型的PID整定和设计方法是无法实现的要求。随着先进控制理论的蓬勃发展,这就为PID控制器的发展开创了新的篇章。寻求将先进控制策略与PID控制器结合,将会对实际生产带来革命性的突破。近年来,智能控制逐渐影响着人类社会的各个方面。而将这些方法与传统的PID控制器结合形成智能PID控制器,不但客服了传统PID控制器的缺点,而且提高了控制系统的控制品质。在实际现场,PID控制器设计问题实际上可以看作是一个多目标的优化问题。通过设计PID控制器,使得闭环系统满足实际要求的目标,如设定值跟踪、负载扰动、鲁棒性。另一方面,对于现今已发表的关于PID控制器参数整定的研究都是基于目标函数最优来设计,而对于系统采用PID控制器是否存在稳定区域和满足性能的参数域的研究则相对比较少。并且,随着现代控制理论的发展,基于状态空间方法的控制器设计已经成为现今控制领域内的热点话题之一,而基于时域状态空间的PID控制器设计法也是拓宽PID控制器参数设计的方法之本文通过对上述PID控制器研究的三个方向进行研究。分别提出了针对工业过程的多目标鲁棒PID控制器设计方法,以及在稳定域内的最优鲁棒PID控制器参数设计思路,以及基于时域状态信息补偿的PID控制器设计。第三章在基于闭环控制系统输出性能指标的基础上,通过将PID控制器设计问题转化为一个多目标优化求解问题,提出了一种多目标鲁棒PID控制器设计方法,并通过CSTR系统来说明该方法可以用于单回路对象。第四章主要围绕工业时滞对象的PID控制器满足一定稳定条件的稳定域内的PID控制器设计为主。主要通过对象的频域响应,得到满足该对象的PID控制器参数对的稳定域范围,将该稳定域条件作为PID控制器参数的约束条件,通过一种分层迭代的梯度优化算法来求解最优PID控制器参数。第五章主要是将PID控制器转化为状态空间形式,通过时域分析法进行PID控制器设计,通过时域频域相互结合,提出了一种新的PID控制器设计方法,通过映入状态观测器进行状态补偿,很好地解决了系统对参数的敏感度问题,提高了系统的鲁棒性。并通过单变量对象说明了该方法的优点。通过进行各种仿真实验对比,验证了所提出的各种方法的优缺点,并且提出了在研究过程中出现的问题以及以后为解决这些问题所要研究的思路,为以后的继续研究做铺垫。