本论文的核心问题是针对工业过程中经常出现的模型失配问题、大滞后系统以及具有耦合性的多变量系统，如何整定出合理的、最优的PID参数，以获得比传统的PID参数整定法更好的控制效果，更能适应复杂多变的工业生产过程的需要。本论文首先对PID控制的基本原理与特点进行了概述，然后说明了PID参数整定的分类和传统方法，接着对多变量系统进行分析，而后提出了将先进控制与PID控制相结合的先进PID参数整定方法，研究了四种多变量PID控制方法，对单变量和多变量系统分别进行了仿真研究，具体包括以下几个方面。将内模控制的思想与PID控制相结合，形成内模PID参数整定法，系统辨识所得到的参数模型有两种，即连续模型和离散模型，根据辨识的结果不同，说明了基于连续模型的连续IMC-PID和基于离散模型的离散IMC-PID，并且将两种IMC-PID进行了比较，通过比较，得出在不同情况下应该采用不同的IMC-PID整定方法的结论。将预测控制的思想与PID控制相结合，形成预测PID参数整定法，比起传统的PID参数整定法(如Z-N整定法)，预测PID整定法不仅有更好的动态响应特性，而且对模型失配、大滞后等传统整定法难以控制好的情况均有满意的控制效果。针对传统预测PID参数整定法的不足，提出了改进型的预测PID参数整定法，取得了满意的控制效果。研究了四种多变量PID控制方法，分别是解耦PID控制、先进PID参数整定法用于多变量系统的控制、调整校正因子的多变量PID控制和多变量IMC-PID控制，并对这四种方法从控制效果和可行性方面进行了对比说明。在论文的最后给出了DCS优化软件的设计方法，使所研究的PID参数整定方法工程化，并说明了DCS优化软件在天然气净化装置上的应用情况。