一种火力发电厂超超临界发电机组的主汽温预测控制方法，包括分层的控制结构，由底层直接控制层和上层指导优化层两个控制层次构成，上层指导优化层实现模型参数辨识、预测优化和PID参数整定控制；底层直接控制层为串级系统结构，包括主、副两个回路控制，直接控制面向DCS系统的PID控制器。本发明可以替代控制工程师进行PID参数设置，直接采用在线模型辨识和控制器参数整定的方法，来达到主汽温自适应控制的目的，实现了先进控制技术和智能优化技术在DCS系统下的应用，具有较强的稳定性和鲁棒性，能够适应变负荷下主汽温被控对象模型变化的过程。