近年来新能源发电正在如火如荼的发展，但在我国电力生产结构中火电仍占据主导地位，而且我国的一次能源结构决定了我国的火电机组主要以煤炭作为燃料。随着环境保护和节能减排的要求越来越高，火电机组必然向大容量高参数发展，超临界乃至超超临界直流机组正越来越成为主流，所以必须对大容量直流机组进行更深入的研究。而对于超超临界直流机组控制系统控制器设计是高效的前提。为了达到以上目的，本文进行了如下工作:　　1.在结构上将直流锅炉机组划分为制粉系统、锅炉系统和汽轮机系统，针对三个系统分别运用机理分析法构造了一个适用于超临界直流机组的通用模型结构;然后利用谏壁电厂＃14号机运行的历史数据，用回归分析和遗传算法辨识，得到了机组模型的未知静态、动态参数和待定函数，最终构造了一个三输入三输出的非线性控制模型，并选取一段机组变负荷运行工况下的实测数据与模型计算值进行对比，验证了机组的动态特性。　　2.在控制器设计上，选用有约束的基于状态方程的预测控制方法。应用K均值聚类算法得到了一段时间内机组的四个典型工况，并在工况点下用雅克比性化法对模型完成线性化。最后运用了增益调度控制，对非线性模型构造了全工况的控制器。基于MATLAB的.m文件进行控制器编程设计，在满负荷工况下做滑压负荷定值扰动实验，并与PID作控制效果对比，验证了所选预测控制器其控制作用的优越性。通过控制系统闭环实验，验证了控制器的有效性，实现了机组在大范围变负荷工况下机组功率的快速跟踪。　　3.对预测控制算法进行优化改进，以三输出量的时间与绝对误差乘积积分最小为目标，采用启发式卡尔曼算法对预期控制器在线滚动优化中的误差加权和控制作用加权两个权值进行参数寻优，并计算优化前后各项输出的AGC指标及ITAE指标，优化前AGC指标较优，优化后控制品质较优。优化后主蒸汽压力调节性能提升显著，验证了优化参数后增强了系统的控制性能。