pH值中和反应广泛存在于化工生产过程中,其控制品质对产品质量和产量有重大影响。然而,pH中和反应过程是具有典型非线性、时变性和滞后性特点的复杂过程,针对这些特性很难建立精确的数学模型。用常规的控制方法,无法对反应的变化过程做快速的、精确的反应,很难对其进行有效控制。而预测控制理论在对不易建立精确模型且比较复杂的工业生产过程进行控制方面,有着较好的控制效果。与传统非线性模型相比,高斯过程模型在非线性过程辫识中能够获得较好的预测模型并可以给出预测不确定性的概率度量。本文基于高斯过程模型对腈纶生产中还原剂NaNO₃的制备过程中pH值的控制进行建模并对其控制问题进行深入研讨。首先,分析了NaNO₃制备过程中的pH中和反应过程的化学反应机理,根据酸碱中和时离子的反应情况以及电平衡方程式来建立针对制备NaNO₃时的pH中和反应过程的机理模型。根据已建立的机理模型,运用MATLAB中的Simulink建立pH中和反应过程的仿真模型,并利用该模型对pH中和反应过程的非线性特点以及扰动响应情况进行了分析。其次,分析了高斯过程模型的结构特点,利用pH中和反应过程的输入输出数据建立高斯过程的协方差矩阵,然后采用极大似然法和共轭梯度法得到最优超参数,由此得到了pH中和反应高斯过程模型。最后,利用辨识得到的高斯过程模型设计非线性预测控制器,运用此控制器对被控对象进行实时控制仿真。并与线性模型预测控制和传统PID控制方法在控制效果上进行了对比。结果表明基于高斯过程模型的预测控制器对于NaNO₃制配实验装置的pH中和过程控制有较快的响应时间、较小的超调量和稳态误差,较好地解决了pH值非线性控制的问题。