目前,为满足部分工业的用热需求,10蒸吨以下的小型燃煤锅炉拥有较大的市场。这些小型锅炉的产热效率都很低下,且大都缺乏有效的烟气处理措施。为此,不少地区正在推进高温蒸汽热泵对小型工业燃煤锅炉的替代工作。然而,目前对高温蒸汽热泵的研究较少,如何根据高温蒸汽热泵的系统机理进行建模、性能分析以及优化控制是当前的研究重点。本文根据高温蒸汽热泵的机理进行系统建模、参数优化以及经济预测控制算法的研究,主要研究内容包括:1、阐述本文所选取的高温蒸汽热泵的结构与模型,说明了本文各子系统的选型以及系统模型参数的选择。接着,研究了高温蒸汽热泵的系统机理,阐述了该系统的静态建模过程。最后,针对所建模型进行了静态特性的仿真与分析。仿真结果表明,对于系统同一工况点可能会存在众多的操作参数解,找到既合适又节能的工作点非常重要。仿真结果为后文系统的优化与控制研究打下基础。2、介绍了多目标人工蜂群算法（MOABC）的基本原理和算法框架。确定了优化问题的优化参数与优化指标,使用?效率作为优化的的经济性指标。针对本文的高温蒸汽热泵系统的结构参数,在系统额定工况点进行多目标优化,并对优化结果进行对比与分析。优化结果表明,相较于基于热力学第一定律,额定工况下基于热力学第二定律的MOABC能提高系统44.7%的?效率,但却同时增加了23.3%的能耗与21.6%的成本。3、根据能量守恒与质量守恒建立了换热器、闪蒸罐和喷水式双螺杆压缩机的动态模型。为了更好地研究系统?的变化,本文建立了系统?损失的动态模型。最后,基于控制量与扰动量变化,完成了系统的动态仿真与测试,并对系统各状态量与性能指标的动态特性进行分析。4、介绍了模型预测控制的算法原理,推导了带有可测扰动的离散状态空间模型的增广形式,并对基于卡尔曼滤波的状态估计算法进行了推导。采用基于加权求和方法将多目标转化为单目标的归一化EMPC算法,并进行了控制算法的仿真与分析。仿真结果表明,基于热力学第一定律与第二定律的EMPC均具有较好的控制效果。基于热力学第二定律的EMPC还能够降低控制过程中的?损失,延长设备使用年限。最后,介绍了EMPC在嵌入式系统中的实现。