在现实世界的工程控制应用中,许多化学和机械过程的动态同时受时间和空间因素的影响,这些过程被称为分布参数系统(DPS)。从本质上说,所有的工程控制系统都是分布参数系统,它们的数学模型由偏微分方程(PDE)描述,并且这些系统属于无限维系统。由于数学模型中存在空间变量,实际工业中还必须要考虑控制及状态约束,因此分布参数系统的控制研究是非常有趣且具有挑战性的。柱浮选是矿物加工工业中使用最广泛的分离方法之一,整个过程利用了逆流原理,是一个高度非线性的分布参数系统。本文的重点是针对柱浮选过程进行建模、仿真,进而探索先进的过程控制方法,在保证浮选过程稳定的同时进一步对生产过程进行优化以提高产品质量。论文主要从以下几个方面进行研究:(1)动态模型:研究分析柱浮选过程的原理,基于物料守恒定律,针对收集区和泡沫区两个区域建立柱浮选过程的三相动态模型,作为控制研究的基础。柱浮选的整个过程由一组非线性耦合的异向双曲型偏微分方程(PDEs)和常微分方程(ODEs)描述,两个区域通过PDE系统的边界条件相连接,考虑平衡点状态并通过应用Jacobian对原非线性系统进行线性化,根据仿真结果可以看出建立的模型可以准确地描述柱浮选过程。(2)模型预测控制:针对柱浮选过程,同时考虑过程操作的最优性以及实际存在的输入和状态/输出约束,设计模型预测控制器。为了离散控制器的设计,系统的离散模型是通过对线性化系统使用Cayley-Tustin时间离散变换方法获得的,其中不需要任何的空间离散和模型降阶。通过求解具有输入和状态/输出约束以及输入扰动的优化问题以最小化目标函数,得到了在线可解的有限维约束二次调节器问题来设计模型预测控制器。通过仿真研究证明了控制器将输出在约束范围内保持稳态的性能,并且得出结论,该工作中提出的最优控制方案使得该浮选过程更有效。(3)输出调节问题:本文对柱浮选过程的输出调节问题的研究包括两个方面:动态输出反馈调节器设计和误差反馈调节器设计。首先考虑到过程中存在的时间延迟,对模型进行了改进。为了进一步分析,模型中的时延项由相应的传输方程来替换。随后,基于线性化模型设计动态输出反馈和误差反馈调节器以实现系统的输出跟踪到由外系统产生的参考轨迹以及抗干扰的目的。通过求解算子Riccati方程来优化跟踪过程,从而获得稳定反馈增益。特别地,在误差反馈调节器设计中引入加权调节器状态以提供一种新的设计方法。通过仿真研究证明了控制器控制系统输出追踪参考轨迹以及抗干扰的性能。