蒸汽动力装置具有功率大，体积小，重量轻，振动小的优点，我国大型船舶多采用蒸汽动力装置，包括辽宁舰。但大型船舶蒸汽动力装置汽/水回路控制系统结构复杂、设备繁多、系统参数耦合关系复杂，还具有非线性及时滞等特点，系统运行过程中具有多个稳定工况及动态转换过程，系统工况多变且负荷干扰频繁。为保证大型船舶蒸汽动力装置汽/水回路稳定安全的运行，改善其控制效果，同时充分考虑到设备的实际动作能力及设备间耦合关系，进行了大型船舶蒸汽动力装置汽/水回路协调最优控制技术研究。
　　首先，分析了大型船舶蒸汽动力装置汽/水回路系统的结构组成及运行机理，将系统分解为增压锅炉、除氧器、冷凝器以及废汽总管等子系统，采用机理结合实验数据的方法，给出每个子系统的数学模型，克服了大型船舶蒸汽动力装置汽/水回路结构复杂、建模困难的问题，并利用汽/水回路增减负荷试验，验证了系统模型的准确性，为大型船舶蒸汽动力装置汽/水回路协调最优控制仿真试验及控制系统设计奠定了基础。
　　其次，针对大型船舶蒸汽动力装置增压锅炉上锅筒水位系统中存在的干扰频繁、参数摄动以及无自平衡能力等问题，提出了增压锅炉上锅筒水位光滑滑模控制策略，通过设计终端光滑滑模面，将增压锅炉上锅筒水位滑模控制中的符号函数引入到系统控制律的二阶导数中，解决了控制系统的抖振现象，提高了上锅筒水位在大负荷变化情况下的稳定控制。
　　接着，考虑大型船舶蒸汽动力装置汽/水回路变量耦合紧密，约束条件多的实际运行情况，提出了大型船舶蒸汽动力装置汽/水回路多目标优化模型预测控制策略，设计多层次优化分配器，给出分层递阶优化控制方法，利用带约束的滚动优化机制，对系统未来时刻输入序列进行了预测优化。在保障系统安全运行的前提下，提高了系统的跟踪性能以及节能性能。当控制系统状态偏差较小时，多目标优化模型预测控制策略将带约束优化问题转换为无约束优化问题，提高了模型预测控制算法的运行速度。
　　然后，针对传统模型预测控制中，耗散函数权值因子维度大、参数配置困难的问题。提出了分数阶模型预测控制方法，将传统模型预测控制中的整数阶耗散函数替换为分数阶耗散函数，使多维权值因子优化问题转化为二维分数阶权值因子优化问题，降低了权重因子的优化维度。仿真试验结果表明：分数阶模型预测控制不仅提高了汽/水回路的跟踪性能，同时增强了系统的抗干扰性能。
　　最后，结合大型船舶蒸汽动力装置汽/水回路采用PID控制的实际情况，提出了蒸汽动力装置汽/水回路参数自整定控制策略，利用单次小正弦试验，对输出信号进行时间加权变换，获取系统在工作点附近的频率特性，根据系统性能要求，构建系统动态特性“禁区”，确定“禁区”与系统开环奈斯特曲线的相切点，并结合纳什均衡机制对多变量控制器参数迭代计算，得到整定的控制器参数，提高汽/水回路控制系统的性能。通过与其他PID参数自整定方法进行仿真对比试验，验证了参数自整定控制策略的有效性。