水泥回转窑是新型干法水泥生产线的核心设备，水泥生产过程中最关键的生料煅烧理化反应在回转窑内进行，回转窑的控制水平直接影响水泥的质量、产量以及能耗。研究水泥回转窑的建模及控制方法，对提高水泥回转窑的控制水平具有重要的理论和实际意义。本课题针对新型干法水泥回转窑煅烧过程具有的多时滞、多变量、非线性的特性，在对采样数据分析处理的基础上，运用组合模型建模理论、预测控制理论，基于模糊ARX模型对水泥回转窑的预测控制算法进行了研究，具体研究工作如下：首先，依据水泥回转窑的煅烧机理，分析影响水泥熟料质量及能耗的控制因素，研究参量间的变化规律。利用相关函数法分析控制参量的测试数据，确定回转窑煅烧系统建模变量，以回转窑窑尾烟室的氮氧化物含量，氧气含量和窑尾温度为控制目标量，以窑头喂煤量，高温风机挡板开度和料速积为操作变量，为建立水泥回转窑煅烧过程的预测模型提供基础。其次，基于系统稳态非线性特性和动态线性特性分离辨识的组合模型建模思想，提出基于T-S模糊模型的ARX模型增益实时修正方法，建立适用于多变量非线性系统的变增益模糊ARX模型；以数据驱动思想为基础，提出一种数据驱动模糊辨识改进算法，建立系统测试数据不能覆盖所有输入变量约束范围情况下的水泥回转窑煅烧系统稳态模型；运用外推差值法计算系统的实际动态增益来实时修正多时滞ARX模型的增益，提高建模的准确性，进而提出多时滞多变量非线性系统的变增益模糊ARX模型建模方法，以解决回转窑多时滞特性的建模问题；在对水泥回转窑的稳态和动态辨识数据分开进行预处理的基础上，建立水泥回转窑煅烧过程控制系统预测模型。进一步，采用序列二次规划优化算法，实时动态求解多变量非线性系统的输入变化量，构建基于多变量模糊ARX模型的预测控制算法。在此基础上，提出系数矩阵插值组合法，将多时滞加入到多变量非线性系统的多步预测输出表达式，建立基于多时滞变增益模糊ARX模型的预测控制算法，以实现回转窑煅烧过程的多时滞控制，进而建立水泥回转窑煅烧系统的预测控制算法。最后，利用现场DCS系统采集的水泥回转窑测试数据，进行数据的建模与分析，采用本文建立的水泥回转窑多时滞变增益模糊ARX模型及其预测控制算法，对水泥回转窑煅烧过程进行预测控制实验研究，验证本文提出算法的可行性和有效性。