城市排水系统的主要功能是收集城市污水和雨水,并通过下水管道排放到污水处理厂。但是,由于下水管道的蓄水能力、水泵排水能力、污水处理厂污水处理能力等多种因素的限制,在暴雨来临时,城市排水系统往往会发生溢流。因此,建立城市排水系统的实时控制能有效提升系统性能,降低溢流和控制能耗。本文主要研究城市排水系统实时控制中系统层的预测控制算法,包括溢流控制算法和水位控制算法。其中,溢流控制主要目的是在强降雨时降低城市排水系统溢流量,而水位控制通过将水位控制在期望水位来降低无降雨或降雨量很小时的控制能耗。本文首先介绍了城市排水系统数学模型简化方法。并以此为基础,提出以降低溢流和能耗为目的的预测控制算法。针对溢流模型,采用集结和分解协调的动态大系统方法来解决大规模城市排水系统溢流控制在线优化计算量过大的问题。针对水位模型,采用基于多面体不变集的离线鲁棒预测控制器设计方法,与基于椭圆不变集的设计方法相比改善了控制性能。仿真结果表明了文中给出的策略和算法的有效性。