本文是为了提高车轮径向疲劳试验机的压力加载多模型系统的控制精度而展开的理论研究。并将研究结论应用到其它同类系统中。该设备的压力加载系统分为空载与加载工作阶段,两个阶段的系统模型截然不同。加载阶段模型可化简为大惯性二阶系统,系统响应缓慢；空载阶段,系统响应迅速,但存在较大的稳态误差。使用常规PID控制器控制该压力加载多模型系统时,由于加载模型的特性与空载阶段的影响,系统会出现严重的超调现象,并且调整时间较长。以此,本文提出了相对变系数PID控制算法来解决加载阶段系统的超调问题。并将此算法与几种改进型PID控制算法结合提出结合型PID控制器,消除空载阶段对系统的影响、消除空载阶段的振荡,提高控制器的抗干扰能力,使系统在整个运行过程中响应迅速,平稳。最后通过MATLAB/Simulink进行仿真,验证了采用组合型PID控制器,压力加载多模型系统的超调量明显降低,调整时间缩短,达到设备技术指标要求；验证了本文所提出的相对变系数PID控制器对于其它大惯性、纯延时系统同样有较好的控制效果。