本文以过程控制系统为对象,选用C8051F020单片机设计了用于实现虚拟样机和通用控制器的硬件平台,并开发相应的仿真程序和控制程序,开展了过程控制系统仿真平台的设计与开发。论文首先对过程控制系统进行了介绍,对过程控制系统仿真平台的设计需求进行了分析,在此基础上对过程控制系统仿真平台进行了系统功能设计。然后,论文分析了过程控制系统仿真平台的硬件组成和设计预期目标,对虚拟样机和通用控制器的硬件平台进行了设计。详细介绍了存储器扩展与时钟电路模块设计、模拟量输入通道模块设计、模拟量输出通道模块设计以及电源模块设计,并给出了部分电路原理图。在完成过程控制系统仿真平台硬件设计的基础上,分别对于两种典型的过程控制系统,即双螺杆挤出机控制系统及化工反应釜温度控制系统进行了软件设计。文中分别详细介绍了这两种系统的虚拟样机所需实现的功能和采用的仿真算法,以及控制系统所分别采用的控制算法。同时给出了上位机对于控制效果的监控画面:包括实时温度曲线、实时电机转速曲线、参数设计定与显示画面等。实验结果表明,本文设计的虚拟双螺杆挤出机和虚拟反应釜具有反应灵敏、控制方便、可扩展能力强等优点。所给虚拟样机一个既可用于实验教学又可用于高级算法研究的过程控制系统仿真平台。