磨矿分级过程(G-CP)是冶金行业选矿生产中的关键流程，其产品粒度的控制效果直接影响后续流程的正常生产，并进而影响企业最终精矿产品的品位和金属回收率；此外，GCP还是高能耗生产过程，大约消耗选矿企业近50％的电能。因此，研究实用有效的控制及优化策略使GCP为后续流程提供最佳的产品粒度分布，并最大限度地提高电能使用效率具有非常重要的意义。　　 本论文针对GCP中存在的多变量耦合、强扰动、非线性和参数时变等特点，重点研究动态矩阵控制(DMC)、基于扰动观测(DOB)的控制技术、多模型控制及专家控制等先进过程控制(APC)策略，解决GCP在粒度控制和效益优化等方面的共性关键技术问题，主要成果如下：　　 1)详细分析了GCP中多个变量的作用和关系，以及GCP的若干外部特性。首先，详细分析了GCP中可选的被控变量(CVs)和操纵变量(MVs)，阐明了循环负荷必须作为CV的根本原因；接着分析了GCP的若干辅助变量(AVs)和主要的扰动变量(DVs)，指出了AVs在GCP监控中的地位和作用，以及DVs对控制系统的不同作用和影响；最后重点分析了GCP的多变量耦合、返流、时滞、非线性和时变等特性。基于上述分析，明确了GCP中CVs和MVs的选择和配对原则，指出了面向GCP控制和优化的研究重点及方向。　　 2)成功将多变量受限DMC-PID串级模型预测控制策略应用于GCP，以处理变量耦合、大时滞，并提高系统抗快速扰动的能力，提高GCP产品粒度合格率。仿真比较了DMC在处理耦合和时滞上与分散PID相比所具有的优越性；针对GCP中存在的快速扰动，即供水管网压力以及给矿量的突变，提出了面向GCP的DMC-PID串级模型预测控制策略，分析了系统性能；将上述策略运用于某选矿GCP，工业应用表明，与分散PID控制相比，产品粒度合格率提高约7％。　　 3)分别提出了基于扰动观测器(DOB)的工业过程复合控制方案DOMC和DMPC，综合补偿GCP外部和内部扰动。首先针对工业过程对象中普遍存在的纯滞后特性，提出了一种改进的DOB设计方案。接着将基于DOB的前馈补偿技术与反馈控制相结合形成了两种新的复合控制方案：基于DOB的多变量复合控制(DOMC)和基于DOB的模型预测控制(DMPC)。复合控制方案还创造性地采用DOB对通道之间的耦合影响进行动态的观测估计，并且在控制设计引入了前馈补偿机制。仿真表明，基于DOB的复合控制方案对GCP抗硬度或给矿粒度变化这类强外部扰动，以及处理模型失配、未建模动态和耦合这类内部扰动的性能都有了很大提高。　　 4)针对GCP非线性、工况范围宽的问题，提出了一种非线性多模型控制算法并应用于GCP的仿真研究。算法首先在若干平衡点附近建立多个子模型及相应的控制器，再通过在线计算模型匹配度来适应模型参数的变化，被控对象的最终输入是各控制器输出的加权和。论文证明了该算法的稳定性。将提出的算法应用于GCP非线性系统的控制研究，仿真结果表明，提出的算法改善了GCP的动态响应品质，提高了系统适应工况变化的能力。　　 5)研究并设计了面向GCP的专家监督控制系统(ESC)，在稳定产品粒度的同时提高了产量，降低了单位产品电能消耗。ESC采用递阶控制结构，由位于监督层的专家监督控制器及位于调节层的若干基础控制回路组成。在监督层，设计开发了专家知识库、推理机、统计过程、软测量及智能报警等单元模块。在调节层，研究开发了磨矿浓度变比值控制(DVRC)回路、泵池液位均匀控制(LLC)回路和液位-粒度超弛控制(LPOC)回路。基础控制回路实时接收专家监督控制器的优化设定值并输出执行。将ESC应用于某选矿GCP，运行结果表明，在稳定产品粒度的同时，产量提高约6t/h，从而降低了单位产品电能消耗。　　 6)在ESC基础上，提出了改进的专家监督控制(EESC)方案。首先在优化结构上，增加了粒度优化层，将产品粒度的调节纳入到优化控制中，避免将产品粒度作为固定指标而导致工况变动后粒度等指标不佳、能耗指标不优等现象；其次在GCP的工况自适应能力上，EESC能够根据磨机衬板更换的不同工况进行产量调整，既避免了在更换初期易出现的“胀肚”故障，又可以在更换后期充分发挥GCP的处理能力；最后将基于DOB的复合控制方案DMPC引入调节层，提高系统的综合抗扰动性能。仿真结果验证了EESC的有效性。