近年来,针对水泥生产流程工业的经营层面,越来越多的企业愈发重视并将流程工业系统的控制与优化作为改革方向。但由于常见的水泥系统具有强耦合、大时滞以及非线性等特点,传统的控制方法无法起到很好的控制效果。针对上述问题,本文将智能优化控制思想应用于水泥生产系统,设计一种基于递归多维泰勒网的动态实时优化与模型预测控制集成的双层优化控制方案,在双层结构的上层优化层利用递归多维泰勒网能够拟合系统动态特性的优点,设计了基于递归多维泰勒网的直接法并求解出最优参考曲线。紧接着,在下层设计了模型预测控制方案进行处理,使其跟踪此参考曲线,从而使水泥生产系统能够在保证稳定运行的基础上,最大化经济效益。首先,提出了基于递归多维泰勒网的建模方案,并以此辨识了水泥烧成系统模型。由于系统模型的构建将影响随后的优化控制过程,因而建立一个高精度的系统模型是亟待解决的问题。针对上述问题,借助静态多维泰勒网的优点,设计了递归多维泰勒网,有效表征了系统的动态特性的同时,获得了系统精简的显式表达式。模型参数使用随时间反向传播算法进行训练并获得梯度更新公式,迭代求解后可获得递归多维泰勒网的最优参数。采用将上一时刻的权值作为当前时刻的参数初值,即热启动的方式,继而进一步提高了训练效率。基于工业现场的历史数据对烧成系统的经济模型、分解炉子系统模型和回转窑子系统模型进行辨识,验证了辨识方案的有效性。其次,针对烧成系统的分解炉和回转窑两个子系统,设计了非线性模型预测控制方案从而实现对该非线性、时滞、多变量和有约束的复杂系统的控制。由于经济效益是以系统稳定为前提的,因而设计具有快速响应且稳定的控制器显得尤为重要。首先,对于具有输入时滞的离散非线性系统,构造了以预测输出与参考轨迹误差的二次项和控制信号组成的正定函数,并以此设计了相应的代价函数解决了跟踪控制问题。在证明了模型预测控制方案的递归优化可行性的基础上,采用最优代价函数作为系统Lypaunov函数,证明了闭环系统的稳定性,并分别对分解炉和回转窑系统进行跟踪控制和抗干扰实验,验证了控制器良好的动态性能和鲁棒稳定性。最后,提出了以上层为经济实时优化问题,下层为实时控制问题的双层优化控制集成方案。在上层优化层通过引入递归多维泰勒网经济模型,提出动态实时优化方案,有效解决了传统稳态实时优化问题未考虑系统频繁的动态变化和优化指标的变化的问题。此外,由于采用极小值原理计算非线性系统优化问题的解析解极为困难,采用直接法对经济动态实时优化问题进行数值求解,并最终获得了相应的最优控制序列。对经济动态实时优化问题进行求解实验,对不同权重配比的经济指标进行对比,验证了优化方案的有效性,有效弥补了稳态实时优化方案的不足。最后,对考虑了经济效益的烧成系统优化与控制问题进行仿真实验,验证了双层优化控制集成方案的可行性。