控制系统性能的在线监测与诊断技术,是当前流程工业自动化的研究热点。控制系统性能的在线监测,需要可实时计算的性能指标和不干扰系统运行的评估方法。传统的控制系统性能如设定值跟踪性能、鲁棒性能只适合控制器的设计与整定,并不适用于控制系统性能的在线监测。Harris提出的基于最小方差基准的性能指标和评估方法,是一项突破性的研究,它只需要少量的先验知识——过程时滞,利用闭环运行数据即可估计控制系统性能,具有良好的工程实用性,非常适合控制系统性能的在线监测。Harris提出的性能指标与评估方法,奠定了控制系统性能评估的理论基础,极大地促进了控制系统性能在线监测与诊断技术的发展。本文对控制系统性能评估的理论与技术做了广泛的调研,总结综述了性能评估的发展历史、最新进展以及工程应用,针对国内研究现状进行了简要介绍,并指出课题的研究意义。本文论述了控制系统性能评估的基础理论,从内模控制、反馈控制和史密斯预估控制的角度推导单变量过程的最小方差控制律,并给出了AMRA算法和FCOR算法的具体实现步骤,在仿真实验中应用两种算法计算性能指标,同时结合时间序列的自相关分析验证评估结果。本文研究了干扰通道模型对单变量过程性能评估结果的影响。针对典型的工业过程——一阶加纯滞后过程、二阶加纯滞后过程以及积分加纯滞后过程,将设定值跟踪性能、抗阶跃干扰性能和评估得到的性能指标对比研究,推导了ARMA型干扰和IMA型干扰下对应的最小方差控制器形式,并结合MacGregor的文献对实验结果进行理论解释,最后指出在应用性能评估方法时,需要根据干扰类型筛选系统输出样本序列。本文还研究了干扰通道模型对多变量过程性能评估结果的影响。应用多变量控制的性能评估理论与方法,对四水槽关联实验装置的PID控制器进行性能评估,并与装置的设定值跟踪性能进行对比,研究干扰通道模型对多变量过程性能评估结果的影响,得出了与单变量过程类似的结论。另外,对酉关联矩阵的算法进行了一定程度的简化,并采用Matlab编程实现。还有从性能评估的角度验证了MPC控制策略在处理多变量耦合系统控制方面的优异性。最后对研究工作做了总结,并对未来可能的研究方向进行了展望。