针对传统的广义预测控制算法需要求解Diophantine方程,具有较大计算负担的问题,本文设计了基于Toeplitz预测方程的广义预测控制器。采用Toeplitz预测方程,可以用过去的输入输出和未来输入的线性组合表达未来的预测输出,从而避免了Diophantine方程的求解。在对未来输入进行有限时域滚动优化计算后,将加权优化的思想应用在控制律的求解当中,使控制效果得到进一步的改善。通过比较传统算法和提出算法的在线计算时间、跟踪变化设定值的速度以及控制时域变化对控制效果的影响,验证了所提出算法的快速性和优越性。另外,数值仿真也验证了对控制律进行加权优化具有提高控制效果的作用。以A3000过程控制实验系统,SIMATIC S7-300及CP5611通讯卡组成的网络控制系统作为实验平台,用Matlab语言及组态软件-KingView分别开发控制算法和控制界面,并将所提出的基于Toeplitz预测方程的广义预测控制器应用在液位控制系统的实时控制当中。在实时控制实验过程中,通过改变设定值以及令被控对象特性发生变化,来检测新控制器的控制性能,均达到了较为理想的控制效果。实验结果证明了该广义预测控制器的正确性以及可行性。