在工业过程中,工业装置往往需要根据不同的生产需求的执行变负荷操作。变负荷是从一个稳态工作点到另一稳态工作点的动态切换过程。在变负荷过程中,其负荷的变化将会引起系统内的温度、压力、流量等关键变量的波动。这就要求生产过程能够及时进入平衡状态,减少负荷切换的时间。由于过程的负荷切换,引起过程对象的动态特性呈非线性,在不同的操作工况以及系统结构下,工业过程呈现出不同的动态特性。通常变负荷过程采用双层控制结构,上层为优化层,考虑经济性能指标；下层控制层,考虑系统在满足约束下的动态控制性能问题。由于缺乏有效的分析工具,优化层和控制层被相互孤立起来。本文从变负荷过程的动态特性及其双层控制结构出发,设计兼顾过程的经济性能与动态切换性能的负荷切换轨迹优化方法,以实现变负荷过程的快速、平稳、经济的运行的目标。本文的主要内容和创新点包括：针对变负荷过程的动态切换特性,本文提出了一种基于Gap metric的变负荷过程的可切换性能评估方法。此方法结合Gap metric理论在非线性度量方面的优良特性,从非线性度量的角度分析不同的变负荷操作的切换性能。本文提出的性能评估方法通过分析变负荷过程经历的工作点间的非线性特性来衡量系统的切换性能。此方法不仅适用于SISO系统,而且可以用于MIMO系统,为综合考虑变负荷过程经济性能与动态切换性能构建更加合理、有效的轨迹优化方法提供一种分析工具。针对工业过程变负荷问题,提出了一种结合前述切换性能指标与经济性能指标的变负荷过程的轨迹优化方法,用来兼顾经济性能以及变负荷过程的切换性能。此方法是在传统的经济优化的基础上增加考虑了变负荷的可切换性能指标,为变负荷操作提供一种更加合理有效的负荷切换轨迹,用以解决变负荷过程中优化层与控制层性能不匹配的现象而带来的切换轨迹难以跟踪、负荷切换较为剧烈问题。连续搅拌反应釜模型的相关建模仿真验证了此方法的优越性。