随着科技的发展，传统实验的局限性日渐显著，它受时间、地点、容纳人数的限制，设备更新换代慢，实验效率低，而与此同时，在校大学生人数不断增加，社会对大学生专业实践能力的要求日益提高，这一切充分说明，传统实验已经难以满足当前日新月异的教育需求。针对这一现状，本文总结了国内外虚拟实验的研究状况，分析了各种实现方法的特点，以大连理工大学自动化系过程控制工程实验室为背景，设计了基于B／S结构的虚拟实验系统。本文介绍了系统的总体结构，采用VRML虚拟现实建模语言进行实验设备及实验环境的三维建模，实现了实验室虚拟环境的构建；通过实验室中基于Profibus现场总线的监控系统，设计了二阶水槽系统建模数据采集实验，并利用Matlab进行建模及液位的控制仿真；通过以上工作，实现了基于VRML和Matlab／Simulink仿真计算引擎的虚拟实验系统。利用得到的数学模型和仿真模型，根据实际工程实验控制器参数整定的要求，设计了基于遗传算法的控制器参数优化方法，通过实际实验的运行，验证了优化后的PID参数对控制器参数的整定具有指导性。最后，应用本文构建的虚拟实验环境，进行了先进控制理论的应用研究，采用动态矩阵控制算法(DMC)对一阶水槽液位进行了控制仿真研究，仿真结果验证了该算法的有效性。本文所设计的虚拟实验系统不仅解决了实际过程控制工程实验所具有的受时间地点限制，实验过程及结果受实验设备状况限制等问题，而且提供了一个虚拟研究平台，在此平台上，可以进行参数优化及先进控制理论的仿真应用研究。