在传统的控制系统中,串级PID控制系统对改善控制品质有其独到之处,广泛应用于在工业过程控制中。串级PID控制系统适用于具有容量滞后较大、纯时延较大、扰动变化激烈而且幅度大、参数互相关联、非线性等特点的工业生产过程。然而,随着科技的不断进步,人们对过程自动化的要求也越来越高,传统的串级PID控制系统有时难以满足过程控制的更高要求。因而,运用先进控制算法改进原有的串级PID控制系统,来保持生产稳定、降低消耗和成本、提高劳动生产率,具有深远的意义。本文第一部分介绍了串级PID控制、模糊控制以及模糊PID控制的基本原理,以及对主汽温串级控制系统的特点进行了分析,为下一步改进传统的主汽温串级PID控制系统提供了理论依据。第二部分以火电厂主汽温为被控对象,给出了模糊串级PID控制系统的详细设计方案,并通过MATLAB仿真对比了串级PID控制算法与模糊串级PID控制算法,说明了模糊串级PID控制算法的可行性与优越性。第三部分首先介绍了预测函数控制的相关理论,然后基于预测函数原理改进了第二部分设计的模糊串级PID控制算法,并进一步验证了主汽温串级控制系统模型。该控制算法基于预测函数控制的框架,将内环和被控对象拟合为广义被控对象,使用当前过程输入信号获得对未来过程行为的预测,在串级PID控制系统外环引入了基于多步预测的模糊PID控制来获得最优控制律。最后利用MATLAB仿真工具对被控对象进行了阶跃信号跟踪、内环与外环的抗干扰性以及适应性三方面的仿真研究。研究结果表明,相对于模糊PID串级控制系统与串级PID控制系统,基于预测原理的模糊串级PID控制系统具有响应时间更短短、抗干扰能力强、过渡时间快、鲁棒性强等优点。