本发明公开一种长材轧制穿水冷却控制系统与控制方法。所述的方法包括下述步骤：当钢材到达冷却管入口处，通过入口温度检测，得到当前钢材的表面温度信息，此时根据在线检测的水箱水温、水压信息，并根据当前生产要求，设计穿水冷却温度变化曲线；将前冷却段模型预测的值作为后冷却段模型的初始状态，将逐个向后递推，直到计算出冷却管出口处的钢材断面温度分布；以此类推，将各虚拟检测点的冷却温度曲线取值作为目标值，将各虚拟检测点的预测值作为反馈值，做闭环控制，最后一个分段控制器的目标值和反馈值取冷却出口的目标值和预测值；比较钢材出口温度分布的预测值和目标值之间的差异，对温度曲线设定进行前馈修正，从而实现长材穿水冷却的前馈‑反馈控制。本发明旨在通过将冷却过程根据冷却喷嘴的分布划分为多个冷却段，对各控制段进行递进式状态预测的方式，构建一种针对长材轧制穿水冷却生产的多段式前馈‑反馈控制系统及相应控制方法。