液位控制系统在工业生产中应用广泛。在许多现场,液位的精准控制对提高设备的使用寿命、保障生产安全、提升生产产品质量来说是至关重要的。作为典型的液位系统的模拟实验装置,双容水箱的液位控制问题一直以来都是学者们研究的热点问题。本课题主要以加拿大Quanser公司生产的双容水箱液位系统作为研究对象,研究水箱液位系统的非线性控制方法。本文的研究内容有:(一)基于状态反馈的双容水箱串级PI控制参数整定方法。前馈加串级PI控制是双容水箱液位系统有效的控制方案,传统串级PI控制器参数整定方法过程繁琐,试探法选取参数很难使某些需要的指标达到最优。本文从双容水箱数学模型入手,首先得到线性双容水箱状态反馈控制律与串级PI控制律之间的对应关系,将PI参数整定问题转化为状态反馈控制器求取问题,然后选用线性矩阵不等式(LMI)工具,通过将系统闭环极点配置在指定的线性矩阵不等式区域内,对状态反馈控制器增益进行优化,从而确定PI控制器参数。(二)双容水箱液位系统的三步非线性控制方法。三步非线性控制方法由吉林大学提出,在汽车电子控制领域广泛应用,它物理意义明确且工程实现结构简单。本文将该方法成功引入过程控制领域,实现了双容水箱的液位跟踪控制。针对双容水箱的独特结构,提出了两种控制方案,一种方案是借鉴串级控制思想,将系统看作为两个串联的一阶系统,针对每个系统独立设计,另一种方案将系统以一个整体的二阶系统进行设计。每种方案我们都详细推导了类稳态控制律、动态反馈控制律和误差反馈控制律,并进行了稳定性和鲁棒性分析。仿真实验结果表明两种方案都可以很好地实现双容水箱液位的轨迹跟踪控制。三步法在水箱液位系统上的成功应用对该方法在其它过程控制中的应用具有很好的借鉴价值。