自動(dòng)控制/計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

自動(dòng)控制/計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

一、系統(tǒng)概述

自動(dòng)控制/計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一種多功能教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠構(gòu)造各種型式和階次的模擬環(huán)節(jié)與控制系統(tǒng)。這種自控/計(jì)控二合一的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)支持自動(dòng)控制原理和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)兩類實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用的教學(xué)目標(biāo)。

該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、電子信息工程等專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，為學(xué)生提供全面的實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)。通過(guò)此系統(tǒng)，學(xué)生可以鞏固自動(dòng)控制原理知識(shí)，培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維。

二、硬件技術(shù)指標(biāo)詳解

1. 基本結(jié)構(gòu)

自動(dòng)控制/計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用鋁木合金箱體，由開關(guān)電源和系統(tǒng)主板組成，外形尺寸通常為430×330×100mm，具有結(jié)構(gòu)緊湊、攜帶方便的特點(diǎn)。

2. 電源系統(tǒng)

系統(tǒng)提供多路穩(wěn)定電源輸出：±5V/2A、±12V/0.5A，所有電源均具備接反和短路保護(hù)功能，確保實(shí)驗(yàn)安全進(jìn)行。

3. 核心控制部件

系統(tǒng)采用微處理器8088作為核心控制部件，用于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)。與計(jì)算機(jī)的通信采用USB接口方式，方便快捷。

4. 信號(hào)發(fā)生與測(cè)量單元

• 信號(hào)發(fā)生器：提供低頻信號(hào)發(fā)生器（斜波、階躍、拋物線），信號(hào)寬度2ms～6s可調(diào)；正弦波、方波發(fā)生器，頻率范圍0.2Hz～400Hz

• 虛擬示波器單元：提供2路模擬信號(hào)輸入，可衰減5倍、10倍或不衰減，能測(cè)量各種響應(yīng)曲線，幅頻特性、相頻特性曲線等

• 階躍信號(hào)發(fā)生器：產(chǎn)生0V到+5V或-5V到+5V的跳躍信號(hào)

5. 轉(zhuǎn)換與處理單元

• A/D轉(zhuǎn)換：8路8位A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中6路0～+5V，2路-5V～+5V

• D/A轉(zhuǎn)換：8位一路D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器，輸出模擬電壓0～+5V、-5V～+5V

• 運(yùn)算放大器：六個(gè)運(yùn)算單元可自由組合成多級(jí)放大電路

6. 控制對(duì)象單元

系統(tǒng)提供多種實(shí)際控制對(duì)象，包括步進(jìn)電機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)單元、直流電機(jī)測(cè)速與調(diào)速控制單元以及獨(dú)立式溫度測(cè)量控制模塊，可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)。

三、軟件技術(shù)指標(biāo)

1. 系統(tǒng)兼容性

軟件支持Windows系列操作系統(tǒng)，包括WIN9X/2000/XP，具有良好的平臺(tái)適應(yīng)性。

2. 調(diào)試軟件功能

• 多語(yǔ)言支持：支持匯編語(yǔ)言ASM和C語(yǔ)言，便于移植各種基于C語(yǔ)言的自控算法

• 一體化操作：編譯連接下載一步完成，錯(cuò)誤顯示定位，方便操作

• 虛擬示波器：計(jì)算機(jī)控制綜合實(shí)驗(yàn)用虛擬示波器觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，參數(shù)調(diào)整方便

3. 虛擬示波器特性

• 雙通道存儲(chǔ)：真正的高速雙通道存儲(chǔ)虛擬示波器，可切換為單通道提高采樣率

• 多種顯示方式：支持實(shí)時(shí)X-Y示波器，自動(dòng)同步顯示功能

• 存儲(chǔ)分析功能：可存儲(chǔ)/載入/分析歷史波形，保存波形文件和圖片文件

四、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目詳述

（一）自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

自動(dòng)控制/計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)支持完整的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)，包括典型環(huán)節(jié)的模擬研究、典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)校正方法研究、控制系統(tǒng)頻率特性測(cè)試等內(nèi)容。

具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括：

1. 線性系統(tǒng)時(shí)域分析：典型環(huán)節(jié)模擬研究，二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析

2. 線性控制系統(tǒng)頻域分析：慣性環(huán)節(jié)頻率特性曲線，二階閉環(huán)和開環(huán)系統(tǒng)頻率特性曲線

3. 非線性系統(tǒng)相平面分析：典型非線性環(huán)節(jié)研究，二階和三階非線性控制系統(tǒng)分析

4. 系統(tǒng)校正與狀態(tài)反饋：頻域法串聯(lián)校正，狀態(tài)反饋及極點(diǎn)配置

（二）計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)方面，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供全面的計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

1. 基礎(chǔ)接口實(shí)驗(yàn)：數(shù)/模轉(zhuǎn)換D/A實(shí)驗(yàn)，模/數(shù)轉(zhuǎn)換A/D實(shí)驗(yàn)

2. 信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)：采樣保持器，平滑與數(shù)字濾波

3. 控制算法實(shí)驗(yàn)：數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)，最小拍控制系統(tǒng)，大林算法實(shí)驗(yàn)

4. 高級(jí)控制實(shí)驗(yàn)：數(shù)字PID控制（位置型、增量型、積分分離等），串級(jí)PID控制，前饋-反饋控制

（三）綜合控制實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

自動(dòng)控制/計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還提供綜合性的控制實(shí)驗(yàn)，將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合：

1. 直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)：實(shí)現(xiàn)電機(jī)的PID轉(zhuǎn)速數(shù)字閉環(huán)控制

2. 溫度控制實(shí)驗(yàn)：包括增量型PID閉環(huán)控制、PWM方式PID閉環(huán)控制等

3. 步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)：實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)字四相四拍、四相八拍方式工作

五、實(shí)驗(yàn)室配置方案

為了充分發(fā)揮自動(dòng)控制/計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的教學(xué)功能，以下是推薦的實(shí)驗(yàn)室配置方案：