加速冷却过程是利用钢材余热,通过控制钢板冷却工艺曲线,达到批量生产具有特定性能钢板的目的。这种系统具有输入输出变量多、产品规格多样、系统影响因素多、冷却过程状态难以检测等特性,传统的控制策略难以满足高性能钢材的需求,本文以加速冷却过程为研究对象,在预测控制的框架下,系统研究加速冷却过程的模型辨识与控制器设计等问题,其主要内容包括:1)提出一种模型参数预计算和后计算方法。该方法根据各种钢板物性参数、工艺要求、冷却过程历史数据库,确定钢板冷却过程中能量平衡偏微分方程模型参数(预计算方法)。冷却完成后根据实测终冷温度数据对预计算得到的模型参数进行修正(后计算方法),以不断更新数据库,提高预计算的精度。该方法在钢板规格种类多、过程影响因素多、影响因素变化范围广的情况下,能够得到较精确的过程模型,并可以适应冷却工况条件的变化。该方法能够为控制器设计提供依据,并提供钢板冷却全程温度信息。2)提出一种新的采用板速控制终冷温度的实时优化方法。该方法首先把工艺目标转化为冷却装置选定位置上的钢板温度设定值,使控制系统输入输出关系得到简化,避免了板速和板点温度之间关系复杂难以解析表达的问题。在此基础上,提出了基于板速预估的变时域模型预测控制方法,其中优化时域随着钢板位置和板速(控制变量)序列的变化而变化以保证始终优化钢板全板长的温度,并提出了一种求解该复杂优化问题的板速预估迭代算法。数值结果表明该方法可以提高终冷温度控制精度。3)提出采用冷却装置各喷头冷却水流量作为控制变量的控制方案,与采用板速作为控制变量的方案相比,增加了控制变量的维度,从而提高冷却系统的灵活性。在此基础上,提出一种设定值再计算的预测控制算法,该方法根据钢板的开冷温度动态确定各局部控制器的设定值变化曲线,通过推导原偏微分方程的近似非线性状态空间模型作为预测模型,通过在当前工作点线性化预测模型减少优化问题复杂度,数值结果表明该方法在保证控制精度和实时性的同时,能够对复杂形状的冷却曲线进行控制。4)提出一种钢板冷却生产全过程的分布式预测优化控制方法,首先把冷却过程分解为输入和状态都相互关联的多个子系统,每个子系统采用模型预测控制方法,子系统之间通过邻域优化策略进行协调。该算法在优化过程中能够利用邻域子系统的输出信息、状态信息,并能充分考虑邻域的性能指标,提高了系统的全局性能。最后给出了该方法的解析解和稳定性条件,并分析了该方法的性能。