针对污水处理过程高度非线性、强耦合性、时变、大滞后和不确定性严重等特点，本发明提出一种基于非线性模型预测的污水处理过程多目标控制方法，实现对污水处理过程中溶解氧(DO)和硝态氮(SNO)浓度的控制；该控制方法通过建立污水处理过程预测模型，利用非线性模型预测控制方法进行多目标控制，从而提高控制效果，能够快速、准确地使溶解氧和硝态氮达到期望要求；解决了当前基于开关控制和PID控制自适应能力较差的问题；实验结果表明该方法能够快速、准确地控制溶解氧和硝态氮浓度，具有较强的自适应能力，提高污水处理的质量和效率、降低污水处理成本，促进污水处理厂高效稳定运行。