钢铁工业的发展反映了国家综合国力的强弱和经济水平的高低。我国已成为了钢铁生产和消费的大国，但钢铁生产技术还亟需进步以满足钢铁工业持续快速发展的需要，也是成为钢铁强国的需要。本文以包钢公司6号高炉（2500m3）的冶炼生产数据为基础，逐步深入地进行了高炉冶炼过程的非线性辨识和预测研究，并抛砖引玉地对判断高炉控制稳定性的方法和基于稳定性的控制策略进行了讨论。对高炉冶炼过程的自动控制研究提出了一种新的思路，具有一定的启发性、理论性和实用性。　　 高炉冶炼过程的自动化课题一直是自动化科学与技术以及冶金技术中尚未攻克的世界难题。这是因为高炉冶炼涉及许多复杂对象，而且在运行机制中带有非线性、分布参数等特征，并伴有强烈的随机性。仅用经典控制论和现代控制论将对此无能为力，因此必须运用新的控制思想和理论来探索解决之道。本文的核心就是围绕高炉非线性这一特征，采用分段线性化的处理方法，对高炉冶炼过程的辨识、预测和控制问题进行研究。论文的第一章简要介绍了高炉的冶炼过程以及高炉自动化的研究现状和进展。文中指出高炉炉温控制为高炉冶炼的核心难题，而其辨识问题则是首先需要解决的基础问题。因此，论文的第二章利用非线性时间序列模型对高炉炉温的重要指标高炉铁水硅质量分数([Si])进行了辨识，采用的具体方法为门限自回归算法。辨识的结果表明高炉[Si]时序有趋于某极限点或极限环的发展趋势并且会在这些极限点和极限环之间发生跳变。不同的极限点或极限环表明了高炉冶炼生产的不同状态，而对于这些不同状态有着不同的调控方法。然而仅仅对单一的[Si]时序进行建模和辨识使得预测的命中率一般。因为众多的高炉变量对[Si]时序均有影响，而且这些变量的随机波动性和时滞性使得它们在预测[Si]时序时是不能忽略的。论文的第三章就通过引入喷煤、风温、风压、风量、料速、透气性、富氧量等高炉变量作为模型的误差修正变量进行了多元时间序列的建模，提高了预测准确率。在建模过程中发现了高炉[Si]时序存在局部非平稳的特征，其他的变量也同样如此。为了解决这一问题，进一步检验了高炉[Si]时序与其他变量间存在着协整关系。因此可以对[Si]时序建立基于协整理论的门限向量误差修正模型。仿真结果表明，当以喷煤、风温和料速作为修正变量时，模型的预测命中率获得了大幅提高，取得了较好效果。而且结果表明，高炉的喷煤和风温作为调控手段对炉温的趋势产生影响会有一定的时滞，因此需要有一定的调控提前量才能准确地调节炉温。　　 通过以上的辨识和预测研究，即表明了高炉冶炼过程的非线性特征还发现了高炉冶炼过程具有分段非平稳性、发展趋势的跳变和变量间的协同动作等特征。论文第四章先对高炉冶炼过程的这种复杂性成因进行了分析。分析表明高炉是由包含连续（离散）变量的物理化学过程的动态系统以及遵循大量复杂人为规则和逻辑事件的离散事件动态系统共同组成的混合动态系统。因此，本文依据混合系统理论提出利用基于离散时间分段仿射系统模型，并采用线性矩阵不等式进行求解的方法，首次对高炉冶炼过程的控制稳定性进行了研究。仿真结果表明，这种稳定性分析方法是可行和有效的。第四章的稳定性研究说明目前仅由工长的个人经验来决定高炉冶炼的控制手段和调控力度是无法保证高炉冶炼的稳定性的，那样必然会引起炉况的较大波动。所以论文的第五章首先综合讨论了高炉现有的控制系统，包括递阶控制和最优控制。然后采用基于分段仿射系统的预测控制方法，提出了一种能够保持系统稳定的控制策略和方案。仿真结果表明，这种引入高炉稳定性计算的控制方法能够有效减少炉况波动，同时保证了系统稳定，是一种有效和可行的预测控制方法。第五章的研究表明在高炉控制中引入稳定性的计算是必要的。而基于稳定性的高炉冶炼优化控制研究也为实现炉温闭环控制打下了基础。最后论文第六章归纳了全文的研究内容及创新点，并对后续研究工作做了展望。