本发明公开了一种重载列车及其纵向动力学牵引运行优化控制系统，通过对机车无线重联系统增加模型预测功能，实现对重载组合列车运行调速时、尤其是长大列车在变坡点工况切换时可能会产生较大的纵向冲动抑制，克服这类影响重载组合列车安全平稳运行的重大安全隐患。在重载组合列车分布式动力编组模式下，通过模型预测重联机车相同工况下主从控机车牵引及再生制动力的差异需求，合理调整主从控机车牵引及再生制动的功率大小，并逐步过渡到列车不同工况下的异步控制，从而达到优化长大组合列车动力学性能，减小重载列车纵向冲动目的，保障列车的运行。