高炉炉顶煤气余压透平发电装置(简称TRT)是目前国际、国内钢铁企业公认的有价值的二次能源回收装置。它通过将高炉炉顶煤气导入透平膨胀机做功，使高炉炉顶煤气的压力能及热能转化为机械能再驱动发电机发电。采用TRT装置代替减压阀组，不改变原高炉煤气的品质，也不影响煤气用户的正常使用，却回收了过去在减压阀组上白白损失的能量，经济效益十分显著，同时降低了噪声，是典型的节能环保项目。作为能量回收的TRT设备，其投入运行的前提条件是在任何情况下均能保证高炉顶压稳定，从而不影响主流程工艺过程。目前TRT装置大都依靠经验PID控制可调静叶开度来稳定高炉顶压。然而，随着冶金高炉的大型化和现代炼铁技术的发展，对高炉顶压的稳定性要求越来越高，PID控制已难以达到预期的控制要求。因此，需要对高炉顶压的稳定性进行系统性理论研究。正常运行工况下高炉顶压稳定性研究是分析TRT装置整个运转过程中顶压稳定性问题的基础。本文以正常运行工况下TRT系统为研究对象，对该工况下高炉炉顶压力对象的数学建模与控制进行了研究。主要研究工作如下：(1)介绍了TRT装置的工艺流程、工作原理及其投入运行的前提条件，并简要概述了目前TRT装置高炉顶压控制技术，高炉顶压稳定性理论研究现状和TRT装置中电液位置伺服系统的特点及其非线性控制。(2)结合正常工况的特点，对高炉TRT装置进行合理的简化。正常工况下高炉间歇上料是引起炉顶压力不稳定的主要因素。将该主要扰动变量引入TRT系统正常工况下的高炉顶压模型，采用机理分析和基于工业现场实际运行数据的参数辨识相结合的方法建立了该动态模型。结合具体实例分析了高炉顶压控制系统满足闭环可辨识性条件。对所建立的模型进行了仿真验证，仿真结果表明模型反映了正常工况下炉顶压力的实际运行状况。(3)设计高性能的电液位置伺服控制系统是提高TRT系统高炉顶压控制精度的关键问题。针对电液位置伺服系统的非线性特性，设计非线性状态反馈将其数学模型精确线性化，再设计最优控制器。分别在系统空载和带负载情况下进行仿真实验，仿真结果表明状态反馈精确线性化最优控制方法是有效的。(4)基于已建立的正常工况下TRT系统高炉顶压数学模型，设计高炉顶压二自由度内模控制器。分别在模型精确匹配和模型失配时进行仿真实验，讨论了内模控制器的可调参数对系统性能的影响。仿真结果表明内模控制性能优越，参数调整方便，通过调整参数可以调整系统的鲁棒性，易于工程实现。(5)介绍了在实际工业现场应用的高炉TRT装置自动控制系统实现的主要控制功能及硬件配置和软件设计。最后对本文的研究工作进行了总结，并指出下一步工作的研究方向。