本课题结合上海宝钢集团公司“2030五机架冷连轧机建模、轧制动态过程仿真及控制优化”项目，对其中的直接张力控制系统进行建模和控制优化研究。由于张力控制本身的系统不确定性和外界扰动对控制系统的动态过程及跟踪效果有较大的影响。因此，本文应用鲁棒控制理论设计了张力控制器，并应用非线性控制方法针对作为张力控制系统内环的速度控制系统提出了一种新颖的控制方案，具有较大的实际意义和理论价值。本文首先简单介绍了2030冷连轧机的现状及系统概况，并对其张力和速度控制系统进行了阐述，然后对直接张力控制系统各部分的模型进行了推导。并针对张力产生模型存在的系统不确定性和外部扰动等因素，应用鲁棒控制理论，分别设计了张力系统的混合灵敏度鲁棒控制器和状态反馈鲁棒控制器，在MATLAB仿真系统中利用上海宝钢2030冷连轧机的实际现场数据对所设计的控制器进行了仿真研究，仿真结果表明所设计的鲁棒控制器比传统的PID控制器有更优良的动静态性能。并在由燕山大学、北京科技大学、东北大学和宝钢集团联合开发的冷连轧机轧制动态仿真软件（MATRIX）平台上进行了模拟仿真，其模拟仿真结果也说明所设计的鲁棒控制器不仅能取代PID控制器，而且对外扰和系统不确定性有更好的抑制作用。最后，考虑到实际张力产生模型中速度对张力的影响，本文针对2030冷连轧机第五机架的直流电动机模型，尝试性地设计了一种新的MIMO励磁及速度控制器。该控制器结合负载转矩自适应估计技术，并利用状态反馈线性化处理技术和极点配置方法进行设计。仿真结果表明了所提出方法的有效性。