La dinámica de un sistema de cuatro tanques (QTS) representa una amplia clase de sistemas no lineales multivariantes inciertos que se encuentran en la industria. Se ha establecido que los cambios en las fracciones de división afectan la ubicación de los ceros de transmisión, alterando así las condiciones de operación entre las regiones de fase mínima y no mínima. Esta última es difícil de controlar, ya que más fluido fluye hacia los dos tanques superiores que hacia los dos tanques inferiores, lo que resulta en efectos competitivos entre las respuestas inicial y final del sistema. Este atributo, junto con la no linealidad, las incertidumbres, las restricciones y la naturaleza multivariante, puede degradar el rendimiento del sistema en lazo cerrado, llevando a la inestabilidad. En este estudio, abordamos los desafíos mencionados diseñando controladores para la regulación del flujo de agua en los dos tanques inferiores del QTS. Para el análisis comparativo, se consideraron tres algoritmos de controladores: un controlador predictivo no lineal (NMPC), NMPC aumentado con un filtro de Kalman extendido (es decir, NMPC-EKF) y un controlador predictivo lineal (LMPC) en el análisis y diseño del mecanismo de control para el sistema de nivel de agua cuádruple en una condición de fase no mínima a través del entorno del paquete de simulación Matrix Laboratory (MATLAB). Se analizaron los resultados simulados y en tiempo real en el lazo cerrado, y se consideraron los rendimientos de los controladores basados en respuestas más rápidas a los puntos de ajuste, menos oscilaciones, tiempo de asentamiento, sobreimpulso y menor error absoluto integral (IAE) y error cuadrático integral (ISE) bajo diversas condiciones operativas. El estudio mostró que el NMPC, cuando se aumenta con un EKF, es efectivo para el control de un QTS en la fase no mínima y podría diseñarse para sistemas dinámicos más complejos, no lineales y multivariables, incluso en presencia de restricciones.