碳纤维原丝生产是一个具有多个工艺环节和复杂生产条件的大规模生产系统。原丝生产在整个碳纤维生产过程中至关重要,因为原丝的质量决定碳纤维的性能,而每个工艺阶段的影响因素都对其质量与性能构成直接的威胁。传统控制方法难以解决复杂系统的理想控制,无模型自适应控制算法在控制器的设计过程中不依赖于被控系统的数学模型,算法简单,可调参数少,控制效果良好。本文研究了无模型自适应控制方法,在此基础上提出一种改进的无模型自适应控制方法,将其应用于碳纤维水浴牵伸系统,主要研究工作如下：首先,介绍碳纤维水浴牵伸过程及水浴牵伸槽的槽体结构,分析并建立水浴牵伸过程的数学模型。该系统是一个具有耦合和滞后特性的多输入多输出系统。其次,简要介绍了无模型控制方法产生的背景,无模型自适应控制的基本原理及对其分析、无模型控制律及特征参量的辨识,随后又对无模型控制律性能进行了概述。最后通过仿真试验并通过与传统PID控制方法的跟踪性能、时滞适应性、抗干扰能力和解耦能力等方面的比较全面分析无模型自适应控制的性能。然后,在理论研究的基础上,提出一种基于粒子群优化算法的无模型自适应控制(PSO-MFAC),同时结合具体生产过程——碳纤维水浴牵伸过程进行仿真试验研究,将其与PID控制方法和无模型自适应控制方法进行分析比较,表明其收敛速度更快,调整时间更短,几乎没有超调量,抗干扰能力强,且对耦合系统具有良好的解耦能力。最后,基于Microsoft.NET平台,在Visual Studio2008开发环境下利用C#语言进行编程,搭建碳纤维原丝成形水浴牵伸环节的软件控制系统,用于模拟控制水浴牵伸过程及观察控制效果。