本课题为了解决用于控制理论教学实验的相关设备资源短缺、教学效果不够理想、功能受限等问题,开发了控制工程创新实验平台。配合大量的开放通信协议和开放软硬件资源,通过不同的组合方式,可以实现基于组态王、MATLAB、VB、C#、LABVIEW等上位机软件平台的多种实验方案。本文主要内容包括硬件设计、通信协议设计和算法实现等。在硬件设计方面,介绍了系统整体方案设计,论述了硬件设备的各个部件,包括AD/DA接口卡、数字PID调节器、模拟水箱模型等。在通信协议设计方面,根据MODBUS-RTU通信协议,实现了组态王软件与实验平台的通信,可以实现动态监控、实时曲线查询、历史曲线查询、历史报表查询等功能;基于Simulink串口通信协议,实现了 MATLAB软件与实验平台的通信,可以实现各种复杂控制算法。在实验平台和MATLAB软件构建的半实物仿真系统的基础上,可以通过DDE或者OPC数据通信技术,建立组态王界面和MATLAB/Simulink的连接,发挥二者优势,利用组态王实现系统界面设计,利用MATLAB/Simulink实现复杂的控制算法,利用Simulink串口通信模块与数据采集卡通信,开发完成新的半实物仿真系统,该系统能够使用户便捷、快速地开发控制系统,用以实现复杂控制算法。在算法实现方面,根据过程控制中典型对象的特性,构建了单容水箱和双容水箱模型,进行了单变量系统的算法实现,包括模糊PID控制、Smith预估控制、串级控制和模型预测控制。同时,构建了四容水箱模型,完成了多变量系统的控制算法实现,包括状态反馈解耦控制和LQR控制。该系统操作简单,具有逼真的动画效果,为相关的研究人员提供了很好的实践演练用操作平台,方便其设计验证各种先进的复杂控制算法,可以满足现有多种需求。