液位是一种在石油化工、冶金、食品灌装和污水处理等工业生产中常见的过程参数。随着社会的不断发展,工业生产过程日趋复杂,若仍采用传统PID控制算法对其进行控制,往往会导致控制效果不理想。因此,研究出更为先进的控制策略,以实现对工业过程稳定、快速、精准的控制,对于保证工业生产的工艺指标、获取更高的经济效益来说,具有十分重要的意义。三容水箱作为一种具有非线性、大惯性和时滞性的液位过程系统,非常适合用来模拟许多具有复杂特性的工业过程。本文正是以三容水箱为研究对象,采用多模型IMC-PID控制算法,实现了对其液位稳定、快速、精准的控制。本文的主要研究内容如下:(1)系统建模。根据三容水箱的非线性特性,采用多模型方法对三容水箱系统进行了建模分析,并采用机理法推导出了模型结构、采用最小二乘算法和粒子群算法分别对模型参数进行了辨识,最后通过模型检验确定了更为精确的数学模型。(2)控制算法研究。根据PID控制算法与内模控制算法原理,设计了传统PID控制器与IMC-PID控制器,并在MATLAB软件中对这两种控制器进行了控制效果的仿真对比,结果表明IMC-PID控制器的控制效果更为优异。(3)控制系统设计。根据过程控制系统的组成及特点,结合建立的三容水箱数学模型及研究的控制算法,设计了一个按照液位高度给定值进行模型控制器切换的多模型IMC-PID控制系统,并在MATLAB软件中对该控制系统和传统PID控制系统进行了控制效果的仿真对比,结果表明多模型IMC-PID控制系统的控制性能更为优异。(4)现场调试及控制结果分析。结合现场THJ-3型三容水箱系统实验设备,对本文设计的多模型IMC-PID控制系统进行了调试,并在调试完成后对该控制系统和传统PID控制系统进行了实际控制效果的对比分析,结果表明多模型IMC-PID控制系统在最大动态偏差、超调量、调节时间、抗干扰性和稳定性等多项系统性能指标上都要优于传统PID控制系统,具有实际应用价值。