三容水箱液位控制系统是过程控制领域典型的控制系统,具有大惯性、时变、非线性等特点,能够有效模拟现代工业中的大多数过程控制系统。云模型理论是处理不确定性问题的人工智能方法,云控制方法具有不依赖被控对象数学模型、算法简单易实现的优点,本文重点进行基于云模型理论的三容水箱液位控制仿真和实验研究。首先,采用机理建模法建立三容水箱系统数学模型,通过实验方法测定模型参数,对所得数学模型进行阶跃响应仿真实验,验证模型的正确性。然后,基于云模型理论,进行了水箱液位基本云控制仿真和实验研究,针对研究中出现的基本云控制方法控制性能过度依赖参数设置、跟踪和抗干扰能力差等问题,提出了相应的改进算法,并进行了仿真与实验研究。(1)针对基本云控制方法跟踪能力差的问题,提出增量式云控制算法,通过类积分结构实现积分功能,消除基本云控制方法在设定值变化情况下系统响应存在静差的问题,同时减小控制系统对云模型参数的依赖。(2)针对基本云控制方法云模型参数意义不明确的问题,提出基于相轨迹特征的增量式云控制算法,该方法只需通过改变预设相轨迹的倾斜度实现对控制系统性能的调整,具有调节参数少,易于整定的特点,且能够实现系统响应的动态过程轨迹规划。论文也详细分析了相轨迹倾斜度对控制性能的影响。(3)针对控制器参数人工调整难以实现控制性能最优的问题,提出基于天牛须搜索算法的自适应增量式云控制算法,实现了控制器参数自适应整定。仿真试验验证了算法的有效性。最后将上述云控制及其改进算法应用到三容水箱实验装置上进行液位控制实验研究,研究结果表明改进后的云控制算法具有不依赖被控对象数学模型、控制器参数对人工经验依赖度小、结构简单易实现、跟踪性能好、抗干扰能力强等优点,易于实际工程应用。