随着工业生产日趋复杂化、大型化，使得被控过程往往具有强耦合性，非线性，大滞后性，存在约束等特征，传统的控制算法已经不能满足生产要求。为此各类先进控制算法应运而生，其中，由于模型预测控制具有反馈校正、滚动优化、良好的处理约束能力等特点，应用尤为广泛。虽然在模型预测控制器投运初期，控制器能保持一个很好的性能，然而随着时间的推移，环境以及过程对象的一些物理参数等发生变化，从而导致控制器性能下降，此时必须采取相应的自愈算法，进行调整。首先，本文建立了一级倒立摆装置线性时不变状态空间模型，然后，分析了能控、能观性及稳定性。在性能分析的基础上，对一级倒立摆装置设计了镇定器，构造了稳定的一级倒立摆广义系统。另外由于自愈算法实验的需要，人为构造了两种倒立摆模型失配情况，并推导出各自失配后的状态空间模型并加以稳定性分析。其次，为了解决模型预测控制器投运一段时间后性能下降问题，本文利用最小协方差约束控制器原理，设计了扩展的最小协方差约束控制性能评价及控制器参数自愈方法，该方法可以实时监测控制系统性能，当检测控制器性能下降后，通过提高控制器鲁棒性的方法来调整控制器参数Q,R，使得控制器性能恢复到控制指标以内。另外，本文还提出了一种基于子空间辨识的模型预测控制器自愈方案，当模型失配严重时，该方法利用子空间辨识的手段重新辨识对象模型参数A, B, C,D，调整控制器模型参数，使得控制器性能恢复。最后，针对中烟公司黄山卷烟厂烘丝机出口水分S7-400PLC控制系统升级项目，利用Step7、Win CC及Excel等软件，结合C、VB编程方法，设计了一整套S7-400PLC数据通讯、数据归档、数据提取，流程界面、控制界面、趋势界面、报表界面开发，迭代学习控制算法实施以及用户权限设置的系统，并且实际投运，减少了操作人员工作负担及原料损耗。