目前，预测控制在工业中得到了广泛应用，其良好的处理约束能力和优越的控制性能受到了各行业的青睐。然而，对于高维的复杂、快速系统，预测控制的在线优化计算复杂度成为关注的热点，同时也制约着预测控制在快速复杂系统中的应用。本文从这一着眼点出发，研究设计了一种基于集结策略的在线高速预测控制算法及其在三自由度直升机实验平台和电力逆变系统中的实现和应用。本文主要进行以下几方面工作的研究：1）研究基于集结策略的高速预测控制算法。对基于集结策略的预测控制问题进行归纳，对算法的结构、流程和步骤进行设计，对算法的控制性能进行可行性分析和计算复杂度分析。与QP求解器的仿真比较表明，算法的求解速度达到了几十个微秒级的水平，为在较为高速的系统上应用预测控制提供参考。2）研究算法在三自由度直升机实验平台上的实现。对直升机实验平台进行机理建模及模型线性化分析，对直升机的控制问题进行描述及控制仿真，在MATLAB环境下实现控制器的设计。实验结果表明高速预测控制算法在运动控制系统上的可实现性。3）研究算法在电力逆变系统中的应用。对逆变系统进行建模，对逆变器的预测控制问题进行描述及控制方案设计，在DSP嵌入式平台上实现逆变系统的高速预测控制器设计。电力逆变系统控制实验结果表明，预测控制在底层嵌入式快速系统上应用是可行性的。