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天然气管道作为存在时滞的复杂非线性系统,采用传统方法获得的描述管道特性的模型,由于该模型计算效率无法满足在线控制的要求,本文提出采用现代控制理论中常用的状态方程理论建立模型。利用状态方程建立的状态空间模型作为一种集总参数模型,可以在得到足够精度的同时满足动态在线控制的计算效率需求。管道的状态空间模型由于在建模过程中存在一定的近似和线性替换,故而需要对模型的适用性进行分析。为了确定本文建立的状态空间模型的最优适用范围,首先通过管道基本方程推导传递函数模型,进而在传递函数模型基础上推导出状态空间模型表达式。以MATLAB软件为平台编程进行模型参数的计算,参数计算结果输入到MATLAB-Simulink中建立的可视化模型中进行仿真并与SPS软件的仿真结果进行对比,验证管道状态空间模型的最优适用长度。采用控制理论常用的bode图对状态空间模型进行分析,验证了提出的管道状态空间模型具有较强的鲁棒性,从而为动态控制确定了模型基础。采用天然气管道模型参数辨识进行模型的补充,通过辨识手段建立管道的状态空间模型并分析了其适用性,认为机理建模所建立的模型更适合于管道的动态控制仿真。为了实现管道的动态控制,采用了现代控制理论中的模型预测控制。实现该控制的基础是管道的SCADA系统以及PID控制器,通过分层控制在PID控制的基础上增加MPC控制,并在MATLAB-Simulink建立实际管道系统的可视化仿真模型,进行了天然气管道的动态控制研究。通过本文研究可初步认定状态空间模型作为控制理论中常用的模型,适用于管道的动态控制。通过对比分析从模型的适用性和鲁棒性两方面说明了本文所建立的状态空间模型的合理性与精确性。同时,采用状态空间模型进行长距离管道系统的建模时,可在不影响仿真精度的同时,减少建模时所需的管段数量。通过以状态空间模型为模型基础的模型预测控制进行管道的动态控制,其仿真结果符合控制预期,初步实现了管道在稳态过渡过程的最优控制,确定了模型预测控制器的有效性,为天然气管道在线控制的实现奠定了理论基础。