比例-积分-微分(PID)控制器是自动控制中最为经典的一种控制器，由于其结构简单、实现方便以及适应性强等原因，在工业过程控制中一直处于主导地位。然而，对于复杂、不确定以及大时滞的过程，PID控制器难以满足其性能的要求。与PID控制器相比，比例积分-比例微分（PI-PD）控制器能够改善控制性能。但是由于PI-PD控制器的参数调节比PID控制器的困难，这导致PI-PD控制器的应用范围受到了很大的限制。预测控制(MPC)是一种基于模型的计算机控制算法，在石油化工行业应用广泛。一方面是因为预测控制对模型精度的要求不高。另一方面是因为预测控制拥有优良的跟踪性能以及很强的鲁棒性。然而，使用MPC控制的代价远远大于PID控制，这导致了MPC应用远远不如PID控制那么范围广。如果能设计一种新的控制器，不仅带有预测控制的优良性能同时兼顾PI-PD控制器结构简单的特点，将更有利生产效率的提高。本文主要做了两个方面的研究工作：第一个方面是：使用传统的预测控制算法优化PI-PD控制器的参数。通过结合传统的预测控制和PI-PD控制，得到了一种带有预测控制性能的PI-PD控制器。该控制器继承了传统预测控制的优点和PI-PD控制器的简单结构特性，并通过对实际工业过程对象的仿真说明了这种新的控制器比传统的PID控制器、传统的PI-PD控制器更具优越性。第二个方面是：使用扩展状态空间模型预测控制的方法来优化PI-PD控制器的参数。通过此种方法优化得到的PI-PD控制器的性能将会比基于传统预测控制优化的PID方法、PI-PD方法抗干扰能力更强，动态性能更好。