多容水箱液位系统的过程控制技术被广泛应用于化工生产、石油、饮料加工等多个领域。本文以加拿大Quanser公司所生产的双容水箱实验装置为研究对象,基于微分平坦理论,利用状态反馈控制方法研究了双容水箱系统的液位控制问题。本文所做的主要工作有:（1）研究了一种双容水箱的约束鲁棒H∞控制方法。首先在工作点对水箱的非线性系统模型线性化得到等效的线性系统,在工作点上下波动的非线性特性可以看做是线性系统的不确定性。然后将系统中存在的水泵供给流量上限及水箱尺寸限制等物理约束描述为控制量约束和状态约束。最后考虑可能发生液漏,双容水箱液位控制问题可以描述为一个带有执行机构饱和约束和状态约束的不确定线性系统干扰抑制问题。本文研究了约束鲁棒H∞状态反馈控制方案,推导了相应的LMI条件并给出了LMI优化问题的求解方法。实验结果表明所应用的约束鲁棒H∞状态反馈控制器具有较好的干扰抑制能力。（2）为了解决系统中由于参考信号的突变而产生超调的情况,利用微分平坦方法,通过安排合理的过渡过程,研究了双容水箱的液位运行轨迹规划方法。首先验证了双容水箱的微分平坦性,然后在执行机构可行的范围内,推导了达到期望“S”型轨迹的控制律并将其作为闭环系统的前馈控制律。最后给出了粒子群算法对期望轨迹中的相关参数进行优化的方法。实验结果表明该方法可以解决系统中超调和快速性之间的矛盾。（3）针对所设计的固定控制器对系统可能存在的保守性,无法实时的解决系统中性能指标和状态约束之间的矛盾的问题,首先引入预测控制中的滚动优化的控制策略,在每一个采样时刻,利用在规划的轨迹上实时对双容水箱系统线性化。然后利用线性化后的系统考虑系统约束,求解当前时刻的状态反馈控制律施加到被控系统中,并保持到下一时刻,最后实现滚动优化的控制策略。仿真结果表明本文所提出的控制策略优于离线优化策略。