液位是过程控制中的一个重要参数，控制其达到设定值或在某一范围内变化，是产品的质量和控制性能的保证。三容水箱液位控制是液位控制中的一个典型问题，它具有非线性、时滞等特点，难以建立精确的数学模型，模拟了工业中复杂的控制对象。由于其具有大滞后、非线性的特点使得采用常规的PID控制效果不理想，本文针对上述问题，采用对模型要求低，在线计算方便的预测控制算法对其控制。主要工作如下：1.对国内外水箱液位控制的研究现状和意义作了简要的介绍，对比了多种控制算法的优缺点，确定研究方案，并对几大类预测控制算法的研究现状和特点作了进一步介绍。2.基于物料平衡原理，对三容水箱系统进行机理建模，但由于现场设备参数的不确定，难以计算出具体的数学模型，本文在确定模型结构的基础上，首先采用小波变换的方法对数据去噪，再采用递推最小二乘法对参数进行估计，得到数学模型，并在MATLAB环境下对模型进行了验证。3.由于液位是一个慢时变对象，达到稳态的时间较长，导致非参数模型的维数较大，计算时间长，影响控制的实时性。为了解决这一问题，将采样周期小的PID控制与预测控制相结合，实现串级预测控制，在容易出现扰动的部位后面取出信号构成PID闭环控制。通过对参数模型与非参数模型的仿真研究得出，该算法响应时间短，对扰动能作出及时快速的响应，超调小，达到稳态的时间较短。4.将串级预测控制应用到THJ-3三容水箱液位控制系统中。首先介绍了控制系统的组成，对系统硬件进行设计，采用两级控制结构，应用OPC技术实现两级控制系统的数据通信。并对基于OPC技术实现数据通讯的过程作了说明。其次，对过程控制层进行设计，用VB编写监控界面并实现高级控制算法。最后，在STEP-7中对网络和硬件进行组态，并编写下位机程序实现PID控制，进而实现串级预测控制。实验结果表明，该算法达到了预期的控制效果，响应快，超调小，鲁棒性好。