本文首先对国内外近年来在PID控制器参数整定方法、优化算法以及GPC的稳定性、鲁棒性方面的研究进展进行了综述，并从中理清了开展本文研究工作的一些思路。具体的工作包括： 提出了PID参数优化整定的两种新型的目标准则，GITAE和RGISE，它们均考虑包含误差变化率项，也都引入了能反映对象响应特征的时间量，并用此无量纲化的特征时间量来平衡误差项与误差变化率项对准则的作用。仿真结果表明，对工业过程中常见的FOPDT 近似模型对象，GITAE优化结果的性能比ITAE要好，更重要的是，它克服了ITAE在时滞比很小及很大时幅值裕度不够的缺点，当时滞比在0.02至20范围内变化时都能够达到一般工程实际要求的6dB，因此其适应性更强；而对具有共轭复数极点和负实零点且时滞很小或没有的SOPDT对象，改进的广义平方误差积分准则-RGISE能克服ITAE和GISE对此类对象优化时不能确保有足够大的幅值裕度的缺点。 对飞行控制领域常见的一类模型对象，基于ITAE误差准则对有约束的PID控制器参数进行了优化。采用单纯形搜索法，主要针对参数空间的约束问题做了一些改进，在MatLab上以函数形式实现了这种参数寻优。用这种方法获得的优化PID参数，既保证了满足用户约束，又能在允许的参数空间内获得最优ITAE性能指标，也具有快速、平稳、超调小的特性。 把鲁棒稳定性和鲁棒性能的思想引入到PID控制系统设计中。在频域中，将混合灵敏度的无穷范数作为PID控制器的鲁棒设计指标，但需要适当地选取权函数，然后可用简单的单纯形法搜索出控制器的优化参数。 研究了用混合灵敏度的H<,∞>范数作为PID控制器的鲁棒设计指标时，控制器参数的可行域的确定问题。首先可以把混合灵敏度的H<,∞>范数要求转化为一族复系数多项式的稳定性要求，再加上基本的闭环特征多项式的稳定性，通过求解这些含参数多项式的稳定性，解出参数的可行域。在求解多项式稳定性的过程中，采用推广的Hermite-Biehler定理。 对GPC的两个具有连续性的参数，柔化因子和控制加权因子，进行优化设计。首先从GPC闭环反馈结构出发，由小增益定理推导出一个GPC鲁棒稳定性的指标，以此为主，辅以快速性要求，构建了一个优化控制的目标函数，然后采用单纯形搜索法，对柔化因子和控制加权进行优化设计。仿真结果证明了此方法的有效性和对各种模型的建模误差的适应性。