船舶蒸汽锅炉是船舶的重要组成部分。锅炉的水位控制系统是非线性、时变的多变量系统,“虚假液位”现象的存在使锅炉液位控制成为一个难题。工程上常用的锅炉水位串级PID控制方式,受当时技术发展所限,对锅炉液位的控制不能达到最佳的效果。在分析船用锅炉运行机理的基础上,对船用锅炉的水位模型进行了精确的建模；根据理论分析及现场经验,从理论上对“虚假液位”变化特征进行分析,提出串级PID控制方式设计上的不足：1.负荷较低情况下的蒸汽流量测量不准确问题；2.“虚假液位”问题。锅炉的“虚假液位”现象,属于锅炉内水的汽液两相变化所固有的,无法消除,且不能通过常规手段测量。基于“虚假液位”现象发生在汽包内汽水失配的瞬态,本文应用相关函数的理论,计算蒸汽流量与给水流量的相关性,从而给出“虚假液位”的定性预测。利用系统辨识的概念,设计了基于卡尔曼滤波理论的状态观测器,观测出汽包液位中的“虚假”成分,从串级PID控制系统的反馈中除去,这样设计的船用锅炉液位控制系统在MATLAB软件中进行仿真验证,取得了较好的控制效果。