中国先进研究堆(CARR)是中国原子能科学研究院在21世纪建造的一座轻水冷却，重水慢化的反中子阱型池式多用途研究堆，能引出高通量的中子束流，既可以满足中子散射实验等前沿基础研究的需要，又能满足核工业、国民经济和国防建设的需要，其主要技术性能指标可达到世界先进水平。CARR热水层系统的任务是在反应堆水池上部形成一层温度稍高的热水，以阻止水池下部含有较高放射性的物质的水通过对流到达池水表面，从而降低反应堆大厅内的放射性水平。热水层系统加热装置加热功率的控制对热水层的形成、热水层厚度的维持以及热水层的屏蔽效果都起着至关重要的作用。然而，由于影响热水层的干扰因素较为复杂，执行机构的非线性，被控对象的惯性等，这些特点都使得加热装置加热功率的控制比较复杂。通过对整个系统进行全面的理论和仿真研究，可以了解各环节特性对系统性能的影响，并得到合适的控制算法，为系统设计提供理论指导和依据。本论文从以下几方面开展了系统的研究工作：1．在设计工况下，本文结合CARR热水层的运行要求，给出了热水层加热装置功率控制系统的控制要求。2．本文在详细分析水层系统热工物理模型的基础上，建立了热水层系统的控制模型。本文还详细分析了各个控制环节工作原理，建立了各个控制环节的控制模型。3．本文基于Matlab中的Simulink仿真平台，建立了闭环系统各环节的仿真模型，这些模型真实地描述了各环节的特性。4．本文采用传统PID控制理论(Lienard-Chipard稳定判据)对闭环系统的稳定性进行了分析，得出了主要控制参数(如比例系数)的稳定范围。5．本文以常规PID控制理论为基础，系统、深入地研究了常规PID控制算法(临界比例度法)，通过仿真试验，优化了控制参数，完成了热水层系统加热装置传统PID控制算法功率控制器的设计，并对其控制效果进行了仿真研究。6．本文还以模糊控制理论为基础，系统、深入的研究了模糊控制算法，结合专家经验和仿真实验数据，给出了隶属度函数，编写了模糊控制规则，确定了比例转化因子，利用Matlab中的FUZZY工具箱完成热水层系统加热装置模糊控制算法功率控制器的设计，并对其控制效果进行了仿真研究。通过仿真结果，我们可以看出：本文所设计的传统PID控制算法功率控制器和模糊控制算法功率控制器，均适用于本系统，两种控制器各具优势：模糊控制算法设计的功率控制器具有控制精度高，控制效果较好等特点；传统PID控制算法设计的功率控制器具有原理简单，使用方便等优点，其更适用于工程。