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单元机组控制是保证热力设备安全和经济运行的必要措施和手段，其控制系统的控制性能高低将直接影响到机组运行的安全性和经济性。由于单元机组的热工对象往往具有大惯性、大延迟，以及耦合等特性，采用传统的控制方法难以达到令人满意的控制效果，需要研究新的控制策略。 预测控制具有多步预测、滚动优化、反馈校正等特性，对于大惯性、大延迟环节具有良好的控制效果，从而具有广阔的应用前景。但是普通预测控制算法复杂，算法实时性差。针对该问题，本文提出一种基于广义预测控制的改进算法，并根据单元机组的热工对象特性和运行要求，将该改进算法应用于单元机组控制中，主要研究内容包括: 1.基于普通广义预测控制算法(GPC)，提出了一种改进算法(IGPC)，对改进算法的最优控制规律求解进行了理论推导，并就改进算法的稳定性和鲁棒性进行了一定的理论分析。最后，通过仿真实验研究了改进算法的相关控制性能，并与GPC进行了比较; 2.结合实际单元机组过热汽温系统特点，基于改进广义预测控制算法，提出一种简化的过热汽温约束预测控制算法。对算法在约束条件下的最优控制规律求解进行了理论推导，并通过仿真研究了算法的控制性能; 3.针对再热汽温控制系统的经济性要求，基于改进广义预测控制算法，提出了一种再热汽温多变量约束预测控制算法。该算法的主要目的是，使稳态时减温喷水阀门能够关闭。对算法在约束下的最优控制规律求解进行了理论推导，并通过仿真实验分析了该算法的控制性能; 4.将改进广义预测控制算法推广到一般的多变量系统中，提出改进多变量广义预测控制算法(IMGPC)。对改进多变量广义预测控制算法的最优控制规律进行了理论推导，并分析了系统输入输出受限情况下约束处理问题。以单元机组协调控制系统对象为仿真对象，仿真研究了该算法的控制性能和基于该算法的协调控制策略的控制性能。