回转窑生产能力强，能适应多种工业原料的烧结、焙烧、挥发、煅烧、离析等过程，因而被广泛地应用于冶金、水泥、耐火材料、化工等部门。在氧化铝烧结法生产中，回转窑是熟料烧结的主要设备，并具有以下特点： (1) 回转窑体积庞大，传热传质过程缓慢。 (2) 烧结过程中，伴随复杂的物理化学反应，各个工艺段的热工制度要求不同，关键被控变量烧成带温度和窑尾温度耦合严重。 (3) 烧结过程中，物性参数随温度的变化而不断改变。 (4) 生产工况变化大，如窑内衬、窑皮的厚薄、生料浆流量、生料浆水分、燃料煤质等变化频繁。 (5) 控制目标多，在安全前提下，要求尽可能高的产品质量、产量和尽可能低的能量消耗。 回转窑烧结过程的参数分布、大惯性、变量耦合、时变非线性等特点使得生产的完全自动化和优化难以实现，在很大程度上仍然依赖于人的技巧和经验，从而也导致了产品质量不稳定、设备运转率低和产能低的问题。因此，研究回转窑自动控制与优化控制技术，对于提高熟料质量、节能降耗具有重要的意义。 东北大学自动化研究中心成功实施了山西铝厂熟料烧成回转窑自动化工程，依托东北大学“985工程”流程工业综合自动化科技创新平台建设项目，为进一步深入研究回转窑建模、控制与优化技术，中心进行了回转窑过程控制实验系统的设计与开发工作。 本文在第一阶段所做工作基础上进一步开展了如下工作： (1) 设计开发了回转窑过程控制实验系统的总体架构。本实验系统由硬件平台和软件平台组成。其中硬件平台由虚拟对象计算机、虚拟执行机构与检测装置计算机、监控机与DCS、优化机组成；软件平台由虚拟对象软件、虚拟执行机构与检测装置软件、过程控制软件、预测控制软件组成。 (2) 建立了回转窑熟料烧结过程温度模型及给煤、鼓风、排烟、喂料过程模型，设计开发了相应软件，构建了虚拟对象系统。其中通过深入分析窑内传热机理，建立了回转窑氧化铝熟料烧结过程烧成带烟气温度和窑尾烟气温度的多工作点模型，反映了窑温的非线性特性。 (3) 建立了回转窑各子系统执行机构与检测装置模型，设计开发了相应软件，构建了执行机构与检测装置虚拟系统。其中执行机构与检测装置模型包括给煤机子系统、鼓风机子系统、排烟门子系统、料浆泵子系统的执行机构与检测装置和烧成带温度及窑尾温度检测装置。 (4) 针对回转窑系统中的给煤、鼓风等回路，设计了相应的PI控制器，同时设计开发了方便灵活的监控界面，构建了回转窑监控与DCS系统。 (5) 针对烧成带温度和窑尾温度的非线性、耦合、纯滞后特性，设计开发了多模型自适应广义预测控制器，实现了烧成带温度和窑尾温度的协调控制，构建了回转窑优化系统。 (6) 设计开发了实验系统的测试功能。设计开发了系统通讯性能测试功能，设计实施了回转窑氧化铝熟料烧成过程对象模型的实验研究、控制算法的性能实验研究。通过实验研究验证了平台的有效性、对象模型的定性模拟能力以及控制算法的有效性。