本文从批次内及批次间两个方面,研究了批次过程控制器的设计与评价问题。首先介绍了PID控制器的基本原理,着重介绍了基于内模法(Internal Model Control,IMC)和直接综合法的PID控制器设计方法,导出了针对特定模型的PID控制器参数表达式,并从定性和定量角度进行了仿真分析。对于传统MC-PID算法无法兼顾系统快速响应及抑制系统响应超调量过大这两个性能指标的问题,提出了改进算法。该算法通过引入两个参数γ和σ,并与输出误差的平方建立关系来确定内模法中滤波器参数λ。对于在控制过程中过程模型失配等影响下的控制性能不佳的情况,通过被控过程在开环阶跃信号激励下的输入与暂态响应的关系,将被控过程辨识为一阶加滞后和二阶加滞后的过程模型,并通过辨识得到的新模型调节控制器的控制参数。仿真结果表明基于改进内模法的PID控制器可以在一定程度上将系统响应的快速性指标及系统响应超调量指标分别调节,解决了两个指标不可兼顾的问题。对于时间方向上的控制器性能评价问题,本文系统研究了针对基于扰动的直接综合法和基于内模法的PID控制器确定性性能指标：即误差绝对值积分(IAE)和时间对绝对误差乘积积分(ITAE)指标,分别推导了一阶带滞后过程和二阶带滞后过程的IAE、ITAE的理论解析表达式,并利用仿真验证了各自的适用性。对于执行器饱和对IMC-PID控制器跟踪性能评价的影响,建立了执行器饱和值与控制器参数的关系,并通过反解法求得在执行器饱和时的最优IMC-PID控制器参数值,给出了在此控制器下的IAE最优指标值,通过仿真验证了在执行器饱和时IAE基准下限值的准确性。最后,利用批次过程具有可重复性的特点,从二自由度PID控制器设计角度引入迭代学习控制,进一步提高对期望输出信号跟踪性能。