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在工业生产中,锅炉作为被广泛使用的设备之一,由于它特殊的高温高压工作状态,当炉内汽包水位过高或过低时,容易造成安全事故,因此使汽包水位稳定在正常水平范围内是保证锅炉平稳运行的前提条件。汽包水位对象具有时滞、非线性和大扰动等特性,并且存在虚假水位现象。对于汽包水位的传统PID控制方式有单冲量PID、双冲量PID和三冲量PID三种,通过MATLAB/Simulink平台对这三种PID控制方式进行仿真研究,结果表明在出现虚假水位时,传统PID控制容易对给水调节阀产生误动作,致使汽包水位激烈地上下波动,控制效果不理想。除此之外,由于汽包水位的复杂特性,获取其精确的数学模型存在难度,且在建立模型后可能出现未建模动态问题。因此,本文通过研究无模型自适应控制算法(Model-free Adaptive Control,MFAC),并对无模型自适应控制算法进行稳定性分析,设计出无模型自适应PID控制方案(MFAC-PID)应用于汽包水位中。通过Simulink平台开发MFAC控制器进行汽包水位MFAC-PID控制系统仿真研究,对比PID控制效果,结果表明,不依赖数学模型,只需要被控系统输入输出数据的无模型自适应控制算法可以有效地减小调节阀的误动作,使蒸汽扰动带来的水位波动变小。进一步地改善汽包水位无模型控制系统的控制性能,本文提出一种带扰动观测器的无模型自适应控制算法(Disturbance Observer Model-free Adapative Control,DOMFAC),应用于汽包水位中。该控制方案(DOMFAC-PID)对汽包水位的各种扰动有更好地抑制和补偿能力。通过Simulink仿真研究,结果表明汽包水位DOMFAC-PID控制系统稳定,调节时间短,能很好地克服虚假水位时蒸汽扰动对系统的影响,控制效果理想。为了验证无模型自适应控制算法的可行性和实际控制效果,本文以SMPT-1000装置上的锅炉汽包为控制对象,以SIMATIC PCS7为控制器,通过对其进行硬件组态、软件组态以及网络组态,并采用CFC和SCL语言编写控制算法程序,搭建并运行汽包水位三冲量PID和MFAC-PID控制系统,实验结果表明,无模型自适应控制算法具有较好的鲁棒性,在抑制干扰方面明显优于传统PID控制。