本文的研究对象--余热锅炉汽包水位问题,对于日趋发展的联合循环发电工业而言是十分重要的问题.本文在联合循环现场发现的汽包水位不确定性波动及由此引起的控制不稳定等问题基础上,采用了机理分析、数理统计和数字信号分析等方法,对汽包水位的不确定性波动方法进行研究,得到了水位不确定成分的仿真模型；另外,针对对汽包水位的控制问题进行研究,提出了水位的控制方法.从而形成了有关汽包水位不确定成分的一些分析结论、仿真模型和的控制算法,具体如下所述. 在大容量的余热锅炉现场发现,对称分布的多个汽包水位传感器信号之间存在着较大的差异,在采用常规的均值法处理后得到的水位信号送入控制器后,控制参数的调整困难,常常与现有的汽包水位仿真模型研究得到的参数相差很大,水位控制十分不稳定.分析表明,在汽包水位信号中不仅存在着"小幅值"的干扰成分,还存在着由于不确定性水位波动产生的"大幅值"的不确定成分,必须建立水位的不确定成分仿真模型来完善现有的汽包水位仿真模型.为此,本文侧重从水动力学而非热力学角度进行了如下研究: (1) 汽包水位不确定成分的机理分析及统计分析为了研究汽包水位信号的各个成分,对水位测量系统、确定性扰动和不确定性扰动三个方面因素进行了机理分析.结论是实测的单个测点的水位信号中主要包含了四个成分:第一是控制系统需要的输入信号--理想水位成分；第二是比理想水位成分更高频的表面余波成分；第三是由于不同传感器测点位置不一致引起的位置差异成分；最后是测量系统引起的测量误差成分.后三个成分即为不确定成分.(为了叙述起见本文又称之为水位噪声.)接着,通过时域上的统计分析如均值、标准差及相关分析等方法,确定了位置差异成分；最后,通过提出并定义了频率－能量分析法,对汽包水位的多测点信号进行了频域分析,发现水位的波动主要由汽包进出水流量差值决定,受汽包压力的影响较小,其大部分能量集中于最低频的理想水位,更高频的部分为不确定成分. (2) 汽包水位不确定成分的提取方法研究为了提取汽包水位的不确定成分,本文在忽略测量误差的前提下,首先对同侧传感器信号采用了加权融合法、对异侧传感器信号采用了同步加权融合法来消除位置差异成分,从而消除了多测点信号间的差异性；然后,提出了表面余波脉动假设,并提出了LFA和HFA两种方法来确定截止频率,将表面余波成分提取出来.至此,完全提取出了不确定成分.最后对不确定成分的特性进行了时域分析和频域分析,结果表明无论何种工况、哪个测点,其水位信号的截止频率相差很小,与传统观念相反,不确定成分信号并非总是简单的高频信号,其低频处的能量比例也不可低估,而这正是常规方法无法消除的成分. (3)实验验证工作为了验证前述有关不确定成分的分析结论、提取方法的可靠性,搭建了一个模拟汽包水表面波动的水槽液面波动实验台.借助于高速摄影仪、浪高仪和流量计等仪器仪表进行了三组实验:第一是稳定的单侧给水实验；验证了表面余波的脉动假设,采用HFA或LFA的分析方法,可以较好地确定水位的理想水位成分和表面余波成分之间的截止频率.第二是脉动的单侧放水实验；验证了前述有关汽包水位噪声成分频域特性一致性的结论,即截止频率与汽包固有物理特征密切相关.第三是水下射流高速摄影观测实验；验证了前述有关水下射流对水位的影响甚微的分析结论. (4)余热锅炉汽包水位完整仿真模型的建立采用了现有成熟的机理建模方法,建立了一个以联合循环为背景的余热锅炉汽包的理想水位模型；采用所前面提取得到的汽包水位噪声信号,利用其频域特性,建立了水位噪声的AMMA仿真模型；最后将两者结合,组建成一个完整的汽包水位仿真模型. (5)汽包水位控制方法的研究基于前面所建的汽包水位完整仿真模型,提出了汽包水位信号预处理方法,明显改善了控制性能；另外,针对无法得知汽包水位噪声特性的情况,提出了一种灰色预估处理控制算法,初步解决了几个典型的控制难题；为了弥补灰色预估处理控制算法的不足--系统工况变化的在线识别困难的问题,又提出了一种基于分形测度的软切换控制算法,可以较为快速、准确地判断出工况变化点,为改善控制系统提供了一个新思路.