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现代工业过程中面临越来越多的结构复杂的多变量系统，传统的单变量PID控制方法已无法满足要求，为了解决多变量系统的控制问题，以两输入两输出系统为例，提出一种基于阶跃响应的多变量频域模型辨识方法，并将此种方法与对角矩阵解耦控制方法相结合应用于多变量PID控制系统中。最后对滞后环节近似部分和对角矩阵解耦方法进行仿真验证。结果表明该方法能够更好的控制系统变量，误差减小50％以上。