模型预测控制经过多年的发展，已成为工业过程控制中应用广泛的一种基于模型的先进控制策略。预测函数控制是一种应快速过程的需要、基于模型预测控制原理发展起来的一种新型的预测控制方法，预测函数控制是第三代预测控制，具有模型预测控制的基本特征。但与传统的模型预测控制不同，预测函数控制将输入结构化，即把每一时刻的控制输入看作是若干事先选定的基函数的线性组合，系统输出是上述基函数作用于对象的响应的加权组合，然后通过在线优化求出线性加权系数，进而算出未来的控制输入。该算法具有算法简单、计算量小、跟踪性能好等特点。经过多年的发展，预测函数控制在理论和应用上均取得了许多成果。　　本文在理论和应用上对预测函数控制进行了研究，主要内容和创新点包括:　　(1)对预测函数控制的基本原理进行了分析和研究，详细的推导了基于状态空间模型的预测函数控制算法，并分析了闭环系统的性能。　　(2)针对单变量系统，给出了工业中常见的一阶加纯滞后模型的预测函数控制算法，分别给出了单值预测函数控制算法和双值预测函数控制算法，并分析了闭环系统的性能;给出了易于获取的有限脉冲响应模型的预测函数控制算法，给出了单值预测函数控制算法，并分析了闭环系统的稳定性;结合了预测函数控制算法和串级控制算法的优点，设计了预测函数控制-PID串级主汽温控制系统，预测函数控制算法采用一阶加纯滞后模型的算法，仿真结果表明，该系统的动态品质优于采用PID串级控制算法的系统，系统具有较好的鲁棒性和抗干扰性;结合了预测函数控制算法和PID控制算法的优点，提出了新型预测函数PID控制算法，设计了新型预测函数PID电加热炉控制系统，仿真结果表明，系统具有更好的鲁棒性和抗干扰性。　　(3)针对多变量系统，给出了基于一阶加纯滞后系统的多变量预测函数控制算法和基于脉冲响应模型的多变量预测函数控制算法，并分析了多变量系统的稳定性和鲁棒性;另外根据解耦控制原理，给出了新的多变量系统预测函数解耦控制算法，并通过仿真研究进行了算法的鲁棒性和抗干扰性验证。仿真结果说明了多变量预测函数控制算法的有效性和实用性。　　(4)针对非线性系统，给出了基于多模型控制的预测函数控制方法，研究了模型切换策略，对多变量预测函数控制系统进行了仿真研究。　　(5)结合了预测函数控制算法和模糊控制算法的优点，提出了一种新的基于模糊预测函数控制的永磁直线同步电机速度控制方法，仿真结果说明采用模糊预测函数控制其控制效果优于PI控制，满足永磁直线同步电机伺服系统的控制要求，具有较高的实用价值。