液位控制作为过程控制的一个重要组成部分,在石油、化工、冶金等工业流程自动化领域占有重要地位。液位控制系统有非线性、不确定性的特点,研究和设计使液位系统具有良好性能的先进控制方案和控制算法一直是学者和机构关注的焦点。本文基于储联罐液位系统的数学模型,设计了液位系统的PID、模糊和线性二次型调节器(linear quadratic regulator—LQR)控制算法,并在此基础上,设计了液位系统的切换控制算法。首先,建立液位系统的数学模型。根据液位系统的文献资料、研究报告,建立基于实验平台的液位系统数学模型。为方便液位系统中控制器的设计,采用泰勒公式将非线性模型展开,给出液位系统的线性模型。然后,围绕建立的系统的线性模型,提出了PID控制算法,模糊控制算法和LQR控制算法。根据各控制算法的原理,分别设计PID控制器的比例、积分、微分控制参数,模糊控制器的模糊控制规则、隶属度函数和解模糊方法以及LQR控制器的状态加权矩阵和控制加权矩阵,给出液位系统的各控制算法的控制器结构,仿真结果表明所述的三种控制方法均能使液位系统取得令人较为满意的控制效果,但LQR控制算法对液位系统具有最佳的稳定性。最后,在对比分析所提出的三种控制算法的基础上,针对液位系统在液位初始上升阶段模型不确定问题并使系统具有良好的稳定性,提出了液位系统的模糊和LQR切换控制方案。利用“分解—合成”的多模型建模策略,将液位系统的工作范围划分为多个工作小区间,建立系统的多模型集合,基于系统的模型集合设计系统的控制器集合,并根据系统液位反馈值设计模糊、LQR控制切换准则。为保证系统在液位稳定的情况下实现控制器之间的平稳切换,避免出现液位大幅度波动现象,设计了模糊和LQR的加权控制。仿真结果说明提出的控制方案对液位系统具有良好稳定性。