自動控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺

一、自動控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺產(chǎn)品概述

本實(shí)驗(yàn)平臺是自動控制/計(jì)算機(jī)控制、信號與系統(tǒng)三合一的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，具有各種型式和階次的模擬環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)。還可進(jìn)行以微機(jī)為控制平臺的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，做到一機(jī)多用。

二、自動控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺技術(shù)指標(biāo)：

1、輸入電壓：單相三線～220V±10% 50Hz

2、裝置容量：＜1kVA

3、工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃相對濕度<85％(25℃)

4、外形尺寸：單個實(shí)訓(xùn)臺尺寸為1.6m×0.7m×1.15m。

三、產(chǎn)品特點(diǎn)：

1、緊扣教學(xué)大綱、內(nèi)容簡潔、重點(diǎn)突出：對課程的大部分章節(jié)均提供有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有教學(xué)性和通用性，同時(shí)也使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)更透徹得掌握原理性的知識。

2、電路模塊化設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)單元均以模塊來劃分，實(shí)驗(yàn)名稱與模塊名相對應(yīng)。模塊內(nèi)的電路在相應(yīng)的位置畫出，使實(shí)驗(yàn)者一目了然。

3、結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定、可靠；擴(kuò)展性強(qiáng)，可自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路。

4、選配Proteus仿真軟件，可以模擬仿真信號系統(tǒng)里邊各種功能電路，同時(shí)適配示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等虛擬儀器，方便電路的分析研究，以提高學(xué)生的綜合能力。

5、配置專門儀器儀表架、實(shí)驗(yàn)操作使用方便，儀器擺放整潔有序。

    6、增加實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)就可以增加相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不受空間限制，靈活機(jī)動，節(jié)省實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)，節(jié)省實(shí)驗(yàn)室。

四、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：

裝置由儀器架、電源控制箱、實(shí)驗(yàn)桌、自控/計(jì)控、信號與系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、移動矮柜、學(xué)生凳等組成。實(shí)驗(yàn)裝置支架與實(shí)驗(yàn)桌可組合、可拆裝。支架與桌腳一體，鋁合金結(jié)構(gòu)。

（一）儀器架：儀器架置于實(shí)訓(xùn)臺頂部，由截面尺寸：70mm×70mm，高性能表面氧化的鋁型材、雙面噴塑鋼板及一次成型鋁壓鑄框架連接構(gòu)件構(gòu)成（非焊接工藝），外形美觀，結(jié)構(gòu)牢固耐用。儀器架底部裝有隱藏式扁平形照明LED燈，光源集中柔和明亮，外形美觀。

（二）電源控制箱：電源控制箱鋁型材結(jié)構(gòu)，內(nèi)嵌多組交流220V儀器儀表工作電源插座，并設(shè)有獨(dú)立漏電保護(hù)開關(guān)，電源控制箱置于儀器架下部，儀器儀表電用安全方便。并裝有LED燈控制開關(guān)。

（三）實(shí)訓(xùn)桌結(jié)構(gòu)：

實(shí)訓(xùn)桌規(guī)格為1600（長）*700（寬）*1150（高），設(shè)有一個鍵盤托一個抽屜，桌子下部靠后右邊有一個電腦主機(jī)箱托。實(shí)驗(yàn)桌主體結(jié)構(gòu)全部采用高性能表面氧化的鋁型材及一次成型鋁壓鑄框架連接構(gòu)件，連接構(gòu)件采用壓鑄成型工藝（非焊接工藝），經(jīng)機(jī)加工、拋丸、噴砂，表面靜電噴涂工藝，安裝方便、快捷，用戶可自行DIY組裝。桌體立柱采用工業(yè)鋁型材成型工藝，表面氧化處理，截面尺寸：70mm×70mm，四面帶槽，槽寬約8mm，端部裝有注塑成型配套塑料堵頭。桌面采用25mmE1級三聚氰胺飾面板，桌面板下設(shè)支撐框架，承受力不少于300kg。配備儲存柜，存放元件及工具，儲存柜底部4只高強(qiáng)度萬向可制動PU腳輪，方便移動。

實(shí)驗(yàn)桌后面二支截面尺寸70mm×70mm桌腳向上延伸，與一次成型鋁壓鑄框架連接構(gòu)件構(gòu)成（非焊接工藝）牢固的支架，與儀器架、電源控制箱組成一個完整的實(shí)訓(xùn)屏。

（五）儲存柜1個：配備儲存柜，存放實(shí)訓(xùn)模塊及工具，儲存柜底部4只高強(qiáng)度萬向可制動PU腳輪，方便移動。

（六）學(xué)生凳2張：鋼木結(jié)構(gòu)。

（七）實(shí)驗(yàn)器材：自控/計(jì)控、信號與系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1套，技術(shù)與構(gòu)成說明：

A、自控/計(jì)控：

1、電源：輸入單相三線～220V±10%  50Hz。輸出直流5V/2A、±12V/0.5A 電源，均有接反和短路保護(hù)功能。

2、核心系統(tǒng)：采用8088微處理器，方便計(jì)算機(jī)控制技術(shù)軟件編程；RS232總線接口與上位機(jī)通訊（可以USB接口通信），含有上位機(jī)總清復(fù)位和人工總清復(fù)位電路， 含有自動鎖零和人工鎖零功能。

3、函數(shù)發(fā)生器：實(shí)驗(yàn)機(jī)自帶信號測量和信號顯示模塊

可測量信號電壓（-5V～+5V）、頻率、溫度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。

4、階躍信號發(fā)生器：由手控階躍發(fā)生（0/+5v、-5v/+5v），幅度控制（電位器），非線性輸出組。

5、函數(shù)信號發(fā)生器：能輸出正弦波、斜波、方波、矩型波、繼電特性、飽和特性、死區(qū)特性和間隙特性，有開關(guān)切換，同時(shí)有數(shù)碼管顯示波形相關(guān)信息。正弦波信號頻率范圍0.1HZ~2HZ和0.8HZ~50HZ兩檔,分辨率是0.1HZ和1HZ,其他波形頻率范圍是0.1HZ~250HZ,分辨率是0.1HZ。波形信號的幅值范圍-6V~+6V，幅值分辨率是0.1V,失真度不大于0.5%。阻抗不大于50Ω。

6、運(yùn)算模擬單元：提供8個OP07基本運(yùn)放模擬單元（實(shí)驗(yàn)用），每單元的輸入回路有6組0.5%精度電阻、或 5%精度電容，反饋回路有7組0.5%精度電阻、或5%精度電容，和1個運(yùn)算放大器組成。另有擴(kuò)展運(yùn)放模擬單元，其一可調(diào)零放大器，構(gòu)成比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、比例微分環(huán)節(jié)，PID環(huán)節(jié)和典型的二階、三階系統(tǒng)等；其二校正網(wǎng)絡(luò)庫，可構(gòu)成各種校正環(huán)節(jié)；其三是2組整形模塊。

7、提供阻容元件庫：250K、500K電位器，2組0-999.9K直讀式可變電阻，多組電容。

8、1組D/A輸出:電壓0～5V 或–5V～+5V。

9、4路A/D輸入:其中有2個通道為0～+5v電壓輸入，2個通道為-5v～+5v電壓輸入。

10、2組采樣保持器及單穩(wěn)單元電路。

11、提供精密基準(zhǔn)電壓+Vref和-Vref。

12、定時(shí)和中斷單元：2組定時(shí)計(jì)數(shù)器和2路中斷源。

13、提供虛擬示波器：

1）2個通道模擬信號輸入：可測量相平面顯示，頻域?qū)?shù)幅頻、相頻曲線，幅相曲線等。

2）示波器的時(shí)域顯示方式：示波器的相平面顯示（X-Y）方式；示波器的頻率特性顯示方式有對數(shù)幅頻特性顯示、對數(shù)相頻特性顯示（伯德圖），幅相特性顯示方式（奈奎斯特圖），時(shí)域分析（弧度）顯示方式。

3）示波器的計(jì)算機(jī)控制顯示方式。

14、外圍控制對象

1）步進(jìn)電機(jī)（35BY48）轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角控制 。

2）直流電機(jī)（BY25）脈沖測速輸出及電壓測速輸出。  

3）溫度模塊可調(diào)脈沖寬度輸入控制及電壓輸入控制加熱，熱敏電阻測溫（0℃～76.5℃）。

15、支持二次開發(fā)：除模擬運(yùn)算單元、函數(shù)發(fā)生器外，本實(shí)驗(yàn)機(jī)的8253定時(shí)器、8259中斷控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器地址也開放給用戶。

16、機(jī)箱：堅(jiān)固型鋁合金框架，厚實(shí)的 ABS 塑料包角，參考外形尺寸 480×360×120mm。

B、信號與系統(tǒng)：

硬件模塊組成：

1、電源輸入模塊：：提供+5V/1.0A、-5V/0.5A、+12V/0.5A、-12V/0.5A的電源輸出,配LH-DB電源保護(hù)板時(shí)，有欠壓、過壓、過流和短路報(bào)警功能，在上述情況發(fā)生時(shí)自動切斷系統(tǒng)電源，故障排除后，自動恢復(fù)。

2、信號源模塊：

提供五種波形信號：正弦波、三角波、方波、矩形波、掃頻信號。

信號的頻率范圍：9Hz—100KHz，分四個頻段。

信號的頻率、幅度、占空比和掃速勻可調(diào)。

3、頻率計(jì)：四位數(shù)顯，測量范圍1Hz-300KHz，量程自動切換。

4、毫伏表：三位半數(shù)顯，測量范圍0～10V，頻率范圍0～100KHz。

4、模擬濾波器模塊

6、無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)

7、一階電路暫態(tài)響應(yīng)模塊

8、二階電路傳輸特性模塊

9、二階網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)軌跡模塊

10、二階電路暫態(tài)響應(yīng)模塊

11、階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)模塊

12、抽樣定理模塊

13、AM調(diào)制解調(diào)模塊

14、FDM頻分復(fù)用模塊

15、信號分解與合成模塊

16、電路元件擴(kuò)展區(qū)

17、機(jī)箱：鋁合金材料，綠色環(huán)保，造型美觀大方。參考外形尺寸：440×340×100MM

軟件配置

   1、選配Proteus仿真軟件，可以模擬仿真信號系統(tǒng)里邊各種功能電路，同時(shí)適配示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等虛擬儀器，方便電路的分析研究，以提高學(xué)生的綜合能力。

五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（一）自動控制實(shí)驗(yàn) 

1、線性系統(tǒng)的時(shí)域分析：1）典型環(huán)節(jié)的模擬研究 ；2)二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性;3)三階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。

2、線性控制系統(tǒng)的頻域分析（伯德圖、奈氏圖）：1）慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線；2）二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線；3）二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線 ；4）  頻率特性的時(shí)域分析。

3、非線性系統(tǒng)的相平面分析：1）典型非線性環(huán)節(jié)；2）二階非線性控制系統(tǒng)：3）三階非線性控制系統(tǒng)。

4、線性系統(tǒng)的校正與狀態(tài)反饋:1)線性系統(tǒng)的校正；① 頻域法串聯(lián)超前校正；② 時(shí)域法串聯(lián)比例微分校正；③ 時(shí)域法比例反饋校正 ；④ 時(shí)域法微分反饋校正；2)線性系統(tǒng)的狀態(tài)反饋及極點(diǎn)配置 。

5、采樣控制系統(tǒng)分析

6、模擬直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)

7、模擬溫度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)

（二）計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)

1、數(shù)/模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)

2、模/數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)

3、采樣與保持：1）采樣實(shí)驗(yàn)；2）采樣/保持器實(shí)驗(yàn)；3）采樣/保持控制系統(tǒng)分析舉例。

4、平滑與數(shù)字濾波實(shí)驗(yàn) ：1）微分與平滑 ；2）數(shù)字濾波 。

5、數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)：1）標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法，2）積分分離PID控制算法：3）非線性PID控制算法；4）積分分離--砰砰復(fù)式PID控制算法

6、最少拍控制系統(tǒng) ：1）最少拍有紋波系統(tǒng)；2）最少拍無紋波設(shè)計(jì)；3）最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例。

7、大林算法：1）有明顯振鈴現(xiàn)象的大林算法及振鈴消除 ；2）有微弱振鈴現(xiàn)象的大林算法及振鈴消除；3）無振鈴現(xiàn)象的大林算法。

8、多變量解耦控制：1）多變量解耦控制設(shè)計(jì)；2）多變量解耦控制設(shè)計(jì)。

9、微機(jī)控制的二次開發(fā)

（三）控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 

1、直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)

2、溫度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)

3、步進(jìn)電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)

4、模擬/數(shù)字混合溫度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)

（四）信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

1、基本運(yùn)算單元實(shí)驗(yàn)

2、階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)實(shí)驗(yàn)

3、連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)

4、有源、無源濾波器實(shí)驗(yàn)

5、抽樣定理與信號恢復(fù)實(shí)驗(yàn)

6、一階電路的暫態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)

7、二階電路傳輸特性實(shí)驗(yàn)、二階網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)軌跡的顯示實(shí)驗(yàn)、二階電路的暫態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)

8、二階網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的模擬實(shí)驗(yàn)

9、矩形脈沖信號的分解實(shí)驗(yàn)和矩形脈沖信號的合成實(shí)驗(yàn)

10、諧波幅度對波形合成的影響實(shí)驗(yàn)

11、AM調(diào)制與解調(diào)

12、FDM頻分復(fù)用實(shí)驗(yàn)

13、信號的無失真?zhèn)鬏?/span>

六、配置表