论文是以实验室FESTO组合式过程控制实验装置为背景进行理论和应用研究的。此装置具有强大的实验功能,它集成了目前工业控制中较为典型的四种控制系统:液位控制、流量控制、压力控制、温度控制。并且可以根据控制需要,将四种系统耦合成复杂系统来模拟工业中的实际情况。利用这套实验装置,可以对开环、闭环、前馈等多种控制方式进行研究。论文选取液位和温度为被控量,利用机理和实验相结合的方法建立了FESTO组合式过程控制系统的一阶、二阶和非线性双入双出对象的数学模型,并对双入双出对象模型进行了解耦。在此模型基础上,进行了增量式PID,模糊自整定PID等算法的仿真研究。最后,在理论研究的基础上,设计了一个过程控制的原型系统。该系统具有两级控制模式:下位机控制和监控软件控制。下位机是以MSP430单片机为核心的现场控制单元,它负责过程对象的数据采集和控制;上位机监控界面通过RS232串口接收下位机发送的控制参数,并接收现场数据,以实现对控制过程的实时监控和数据处理。实际系统应用表明:FESTO过程控制实验装置具有较好的灵活性和实用性,能够为过程控制和计算机控制的实验教学提供了一个良好的运行硬件环境。其仿真结果证明了所建立的数学模型的合理性和各种控制算法的可行性。