实际复杂工业过程,建模是控制和优化的必要准备,模型准确才能保证优化成功,控制有效。滤波估计和操作调优是产品质量在线监测及提高经济效益的有效手段,其最终目的是生产稳定,经济效益最大化。本文以催化裂化反再系统及乙炔加氢反应器为例分别进行了建模优化及滤波估计,得到了精确的数学模型,良好的优化结果及准确的产品质量估计值。首先,对序列无约束极小化方法、可变容差法、协进化的微粒群优化方法进行了研究,分析对比每种算法的优势。对实际优化问题可根据不同的工艺模型选择合适的优化方法,最终找到最优稳态点。此外,针对先进控制软测量计算量实时估计的问题,本文提出了用卡尔曼滤波、粒子滤波的方法解决软仪表校正,对于工业实际最常见的非线性、非高斯噪声问题粒子滤波估计性能非常优越。其次,完成了催化裂化反再系统的建模及优化,首先对Blanding方程为基础的关联模型进行了一段再生到两段再生的实用性改造,使模型更加符合工业实际。在模型的基础上,采用了SUMT、可变容差法、CPSO方法优化催化裂化反再系统的操作条件,能够显著提高经济效益,为操作方案和控制方案的制定提供了依据,从而证实了稳态操作调优的可行性和有效性。最后,对乙炔加氢装置进行软测量建模及粒子滤波估计,针对齐鲁石化乙炔加氢装置采用先进控制的需求,本文设计了乙炔出口浓度及选择性的软测量仪表,通过OPC采集数据,应用统计学原理处理数据,用最小二乘计算模型,离线验证,证实了模型的准确性。此外,本文采用粒子滤波新方法进行软仪表校正,对比卡尔曼滤波估计及权值校正结果更优,体现了粒子滤波对于解决非高斯问题的有效性,本文粒子滤波估计方案的提出为今后软测量校正这一重要课题提供了理论及实践依据。