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工业过程系统常采用串级PID控制策略。虽然串级PID可以使系统的抗干扰性能得到很大的提高,但它无法处理系统存在各种各样的约束。若对系统进行控制作用时忽略这些约束,不仅会降低闭环系统性能,还可能造成系统的不稳定。因此有必要研究约束控制算法和约束预测控制器设计。预测控制采用模型预测,滚动优化,反馈校正策略,具有良好的鲁棒性和处理约束的能力。本文主要研究了串级约束预测控制,它具有处理约束的能力,同时保持了串级控制和预测控制的优点。本文围绕串级约束预测控制系统,主要从以下两个方面进行了系统地研究:(1)考虑机构、能量、工艺条件以及安全性等方面因素,实际的工业生产过程的物理量往往不能无限取值,会受到形式多样的约束。串级预测控制采用预测控制作为内、外环控制器,同时保留了串级控制和预测控制的优点,可以显示地处理系统约束,实现有约束预测控制。本文设计了串级约束预测控制器,并提出了一种线性的处理约束方法,相比与传统的二次规划方法减少了计算量。(2)将串级约束预测控制算法应用到电厂过热汽温系统和精馏塔系统中进行了仿真,并在实际的TQC117过程实验装置上进行了实验验证。首先,分析了TQC117过程实验装置温度过程系统的主要回路,然后提出了各个回路的被控对象模型以及控制目标,并描述了各个系统之间的耦合关系和系统约束,给出全局优化性能指标,最后将串级约束预测控制算法应用到TQC117过程实验装置温度过程系统中进行仿真验证。