由于实际运行工况的改变、过程非线性特性、时变扰动以及系统设备与仪表故障等因素,工业过程控制回路在运行一段时间后其控制性能会偏离设计时的性能甚至严重恶化。若不及时的监测到其性能下降并有效的修复控制器,将降低自动过程控制系统所产生的经济效益。近十年来,关于控制器性能评价技术的研究吸引了众多学者的关注。然而,此研究领域仍然存在着一些尚未解决的问题,从而限制了性能评价技术在工业过程中的广泛应用。本文在前人的研究成果基础上,从实际应用出发,对控制器性能评价技术领域存在的一些问题进行了研究,主要研究工作和创新包括:1、综述了控制器性能评价领域的历史与研究现状,统计和总结了性能评价方法在工业过程中的应用情况,分析了性能评价领域存在的主要问题。2、针对单输入单输出系统,分析和证明了单变量控制回路输出的最小方差项(Minimum Variance Term)仅与过程的时间延迟有关且具有固定不变的形式,具有反馈控制不变的性质。在此基础上,考虑到工业过程的扰动具有时变的特征,提出了一种基于遗忘因子的线性回归性能监控算法(ILR)。通过引入遗忘因子,获得了跟踪时变扰动模型参数变化的实时估计值,相应计算所得的最小方差能跟踪时变扰动,提高了性能评估指标的稳定性和评价结果的准确性。仿真和工业实例表明该方法在时变扰动下能够正确地评估控制器的性能,优于传统基于MV准则的性能评价方法。3、针对多输入多输出系统,首先推导了多变量系统输出的最小方差项同样具有反馈控制不变的性质,进一步分析和推导了多变量系统原始输出的最小方差等于采用单位关联矩阵滤波输出的最小方差。在此基础上,提出了一种基于MV准则的性能评估与回路耦合分析相结合的多变量系统性能评价与诊断方法。在采用滤波互相关性(FCOR)算法进行性能评估基础上,引入相对标准增益矩阵(RNGA)耦合分析算法诊断多变量系统控制器设计的合理性,并进一步定位待整定的控制器。该方法解决了传统性能评价体系缺乏有效的性能诊断工具的问题,仿真和工业实例表明该方法能够对多变量系统的性能改善起到重要的指导作用。4、针对工业空分装置,详细阐述了以模型预测控制技术为核心的自动变负荷控制系统的设计方案、实施过程和投运效果。该系统是在国产空分装置上首次实现大范围变负荷的自动控制系统。它保证了变负荷过程中产品质量的平稳,变负荷速度优于手工操作水平,取得了较好的经济效益。