过程自动控制技术的发展使得连续流程工业取得了长足的发展,生产装置规模越来越大、产量高、产品质量稳定、安全性好,这其中,不但得益于包括检测仪表、DCS控制系统、调节阀在内的仪表控制系统进步,也包括控制理论与技术的发展。液位控制系统在石油化工、火电、核电等领域大型工业生产流程中极其普遍,比如核电站蒸汽发生器的液位三冲量控制,对于核电站安全、稳定、高效的生产具有极其重要的意义,这些液位的定值控制和程序控制都要求有很高的动静态性能,出现长时间波动甚至发散而导致停车事故是不被允许的。本文针对一个小型液位调节系统实验装置,通过对工艺系统包括管路、泵、调节阀、水箱等进行流体力学机理建模和实验辨识,以及自主设计的控制算法,获得了实验装置液位调节系统完整的数学模型,通过开环和闭环实验,验证了液位调节系统机理模型的准确性。在液位调节系统仿真模型准确性得到验证后,对液位调节系统前馈控制策略展开一系列研究。首先对前馈控制进行了简要分析,提出并设计了静态前馈补偿器与动态前馈补偿器,并且在仿真模型与实验平台上进行了两种前馈补偿器的对比研究,结果表明两种前馈补偿对液位波动都有明显的抑制效果,并且动态前馈补偿优于静态前馈补偿,具有较为重要的实际意义。其次提出一种新的前馈串级控制策略,与传统的前馈串级控制策略在仿真模型和实验平台上进行对比研究,结果表明新的前馈串级控制策略控制效果优于传统前馈串级控制策略。最后从众多的实际应用中发现的两类问题展开研究,首先研究了调节阀填料摩擦力变化导致发生粘滞现象的机理,从而引起液位控制波动的传播机制,通过仿真研究和实验研究验证了这个结论。其次,研究由于杂质等因素影响变送器(压力、液位)取压不稳导致检测仪表检测信号出现噪音的现象,从而引起液位控制波动的传播机制,仿真研究和实验研究也验证了这个结论。