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SB-ATC1自控原理與計算機控制實(shí)驗箱
自控原理實(shí)驗箱，自控原理與計算機控制實(shí)驗箱，自動(dòng)控制原理學(xué)習是自動(dòng)化、自動(dòng)控制、電子技術(shù)、電氣技術(shù)、精密儀器等專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的基礎課程。系統提供集成操作軟件，通過(guò)虛擬PC示波器功能可實(shí)時(shí)、清晰的觀(guān)察控制系統的各項靜、動(dòng)態(tài)特性，方便了對模擬控制系統特性的研究。微型溫度控制單元可以代替烤箱進(jìn)行溫度控制實(shí)驗，加上系統配置的直流電機、步進(jìn)電機等控制對象，可開(kāi)設控制系統課程的實(shí)驗。該系統還可擴展支持如線(xiàn)性系統、控制、系統辨識及計算機控制等現代控制理論的模擬實(shí)驗研究。
自控原理實(shí)驗箱具有很強的開(kāi)放性能、擴展性能；運算模擬單元的運放八個(gè)，每個(gè)運算模擬單元內都有實(shí)驗所需的電阻、電容等元件，可以通過(guò)短路塊和導線(xiàn)靈活方便的對實(shí)驗單元電路的組合，可構造出各種型式和階次的模擬環(huán)節和控制系統；從運算模擬單元獨立出來(lái)的可變電阻器組單元檔位連續，調節精度高，接線(xiàn)靈活多變，充分滿(mǎn)足于自控原理及計算機控制技術(shù)實(shí)驗教學(xué)的要求。
一、自控原理與計算機控制實(shí)驗箱功能特點(diǎn)：
1．高性能的嵌入式控制計算機
系統采用Intel 8088作為系統的控制計算機，Intel 8088是INTEL公司推出的16位處理器，是面向嵌入式工業(yè)應用而設計、開(kāi)發(fā)的，其與許多常用接口如8259、8253、串口等芯片配合使用，并可擴展程序和數據存儲器，滿(mǎn)足于復雜的計算機控制和應用的要求。從而使計算機控制的實(shí)驗教學(xué)可以達到更高的水平。
2.開(kāi)放式的控制實(shí)驗平臺
實(shí)驗平臺中具有各種典型信號源（階躍信號、方波信號、斜波信號、拋物波信號、正弦波信號）、模擬對象（八組運放單元）、實(shí)際對象（步進(jìn)電機、直流電機、溫度控制）等單元。各單元之間的電路連接、單元內的元件選擇都可以多種方式來(lái)操作，從而提高了實(shí)驗效率。系統允許用戶(hù)根據教學(xué)內容來(lái)自行設計、開(kāi)發(fā)相應的實(shí)驗項目，并支持大型的課程設計和畢業(yè)設計。
3．先進(jìn)的虛擬儀器功能
系統提供了一組先進(jìn)的虛擬儀器功能，為用戶(hù)創(chuàng )造了集控制系統設計、電路構造、系統調試和測試分析諸功能一體化的實(shí)驗環(huán)境，具有很高的性?xún)r(jià)比和教學(xué)效果。其主要性能指標如下：
(1) 雙蹤超低頻數字存儲示波器：具有實(shí)時(shí)測量和顯示、波形回放、游標測 量、波形存貯等功能。
(2) 頻率特性分析儀：可顯示系統各頻率點(diǎn)的時(shí)域相應波形并進(jìn)行分析，以半自動(dòng)掃頻測量方式進(jìn)行測量，測量完畢后即可產(chǎn)生極坐標圖和波特圖，由此顯示出系統的頻率特性，同時(shí)還具有圖形保存功能。
(3) X_Y測量：將兩路測量信號以X_Y坐標的形式顯示，具有波形刷新和波形存貯功能，可應用于非線(xiàn)性系統的實(shí)驗特性研究。
4．源語(yǔ)言級集成開(kāi)發(fā)環(huán)境
系統為嵌入式控制計算機配有高度可視化的源語(yǔ)言級集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，集控制程序開(kāi)發(fā)、調試和實(shí)驗測量分析于一體，支持匯編源語(yǔ)言級的編程和調試。
5．新型控制實(shí)驗教學(xué)內容
系統所支持的控制實(shí)驗是按照二十一世紀新自動(dòng)控制和計算機控制教學(xué)體系和內容來(lái)配備的，其內容由淺入深，層次分明。
自動(dòng)控制原理實(shí)驗方面，系統提供了包括線(xiàn)性控制系統的時(shí)域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法以及系統校正和設計等方法的實(shí)驗研究，也提供了關(guān)于線(xiàn)性離散系統、非線(xiàn)性控制系統的實(shí)驗研究?jì)热�；另外對于現代控制理論的教學(xué)，提供了狀態(tài)空間分析實(shí)驗。
系統提供的計算機控制實(shí)驗內容主要包括：過(guò)程通道和數據采集處理、系統的數字程序控制、數字PID閉環(huán)控制、數字調節器直接設計方法的實(shí)驗研究，從而可使學(xué)生對新型智能控制算法有所了解和掌握。
在控制系統應用實(shí)驗方面，系統提供了直流電機(快速)和溫度控制(慢速)兩種實(shí)驗對象，以構成不同的閉環(huán)系統，從而可選擇不同的控制策略或控制參數，以得到好的實(shí)時(shí)控制效果。
二、自控原理與計算機控制實(shí)驗系統構成
（1）系統由各單元電路、8088CPU控制單元和PC機進(jìn)行通訊的串口構成；
（2）信號源發(fā)生單元電路：正弦波、方波、斜波及拋物波，信號周期在2毫秒至30秒之間可調；
（3）采樣保恃器及單穩單元電路；
（4）運算模擬單元電路；
（5）非線(xiàn)性單元電路；
（6）狀態(tài)指示燈單元；
（7）D/A0832數/模轉換單元電路；
（8）A/D0809模/數轉換單元電路；
（9）單節拍脈沖發(fā)生單元；
（10）電位器單元；
（11）－5V電源發(fā)生單元；
（12）驅動(dòng)單元；
（13）電機單元；
（14）直流電機、步進(jìn)電機模塊單元；
（15）信號測量單元： 采用PC軟件實(shí)現雙蹤示波器、頻率特性分析等功能。
（16）特殊運算環(huán)節單元；
（17）可變電阻器組單元；
（18）微型溫度控制單元；
三、電源參數
1、輸入電壓：220V ±10%
2、輸出電壓/電流：+5V/2A，+l2V/0.2A，-l2V/0.2A
四、實(shí)驗項目
（一）自動(dòng)控制原理 實(shí)驗項目
1、典型環(huán)節的模擬研究
2、典型系統瞬態(tài)響應和穩定性
3、系統校正
4、控制系統的頻率特性
5、典型非線(xiàn)性環(huán)節
6、非線(xiàn)性系統（一）
7、非線(xiàn)性系統（二）
8、采樣系統分析
9、采樣控制系統的校正
10、態(tài)反饋（極點(diǎn)配置）
（二）計算機控制技術(shù)
1、A/D，D/A轉換
2、采樣保持器
3、數字濾波
4、積分分離式PID控制
5、最小拍有紋波系統實(shí)驗
6、最小拍無(wú)紋波系統實(shí)驗
7、大林算法控制
8、非線(xiàn)性控制
9、解耦控制
10、綜合控制實(shí)驗
（三）控制系統應用
1.直流電機閉環(huán)調速實(shí)驗
2.溫度閉環(huán)控制實(shí)驗
3.步進(jìn)電機調速實(shí)驗
SB-ZK5自控計控原理實(shí)驗箱
自控計控原理實(shí)驗箱是自控/計控二合一的教學(xué)實(shí)驗系統。它采用模塊式結構，可構造出各種型式和階次的模擬環(huán)節和控制系統。還可進(jìn)行以微機為控制平臺的計算機控制技術(shù)實(shí)驗教學(xué)，做到一機多用。
一、系統組成
1、電源：輸入單相三線(xiàn)～220V±10% 50Hz。輸出直流5V/2A、±12V/0.5A 電源，均有接反和短路保護功能。
2、核心系統：采用8088微處理器，方便計算機控制技術(shù)軟件編程；RS232總線(xiàn)接口與上位機通訊（可以USB接口通信），含有上位機總清復位和人工總清復位電路， 含有自動(dòng)鎖零和人工鎖零功能。
3、函數發(fā)生器：實(shí)驗機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、轉速等參數。
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(xiàn)性輸出組。
5、函數信號發(fā)生器：能輸出正弦波、斜波、方波、矩型波、繼電特性、飽和特性、死區特性和間隙特性，有開(kāi)關(guān)切換，同時(shí)有數碼管顯示波形相關(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、運算模擬單元：提供8個(gè)OP07基本運放模擬單元（實(shí)驗用），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(gè)運算放大器組成。另有擴展運放模擬單元，其一可調零放大器，構成比例環(huán)節、慣性環(huán)節、積分環(huán)節、比例微分環(huán)節，PID環(huán)節和典型的二階、三階系統等；其二校正網(wǎng)絡(luò )庫，可構成各種校正環(huán)節；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(gè)通道為0～+5v電壓輸入，2個(gè)通道為-5v～+5v電壓輸入。
10、2組采樣保持器及單穩單元電路。
11、提供精密基準電壓+Vref和-Vref。
12、定時(shí)和中斷單元：2組定時(shí)計數器和2路中斷源。
9、提供虛擬示波器：
1）2個(gè)通道模擬信號輸入：可測量相平面顯示，頻域對數幅頻、相頻曲線(xiàn)，幅相曲線(xiàn)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幅頻特性顯示、對數相頻特性顯示（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）示波器的計算機控制顯示方式。
10、外圍控制對象
1）步進(jìn)電機（35BY48）轉速、轉角控制。
2）直流電機（BY25）脈沖測速輸出及電壓測速輸出。
3）溫度模塊可調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℃）。
11、支持二次開(kāi)發(fā)：除模擬運算單元、函數發(fā)生器外，本實(shí)驗機的8253定時(shí)器、8259中斷控制器、模數轉換器，數模轉換器地址也開(kāi)放給用戶(hù)。
12、機箱：堅固型鋁合金框架，厚實(shí)的 ABS 塑料包角，參考外形尺寸 480×360×120mm。
二、實(shí)驗項目
自動(dòng)控制實(shí)驗
1、線(xiàn)性系統的時(shí)域分析：
1）典型環(huán)節的模擬研究 ；
2)二階系統瞬態(tài)響應和穩定性;
3)三階系統的瞬態(tài)響應和穩定性。
2、線(xiàn)性控制系統的頻域分析（伯德圖、奈氏圖）：
1）慣性環(huán)節的頻率特性曲線(xiàn)；
2）二階閉環(huán)系統的頻率特性曲線(xiàn)；
3）二階開(kāi)環(huán)系統的頻率特性曲線(xiàn) ；
4） 頻率特性的時(shí)域分析。
3、非線(xiàn)性系統的相平面分析：
1）典型非線(xiàn)性環(huán)節；
2）二階非線(xiàn)性控制系統：
3）三階非線(xiàn)性控制系統。
4、線(xiàn)性系統的校正與狀態(tài)反饋:1)線(xiàn)性系統的校正；
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(xiàn)性系統的狀態(tài)反饋及極點(diǎn)配置
5、采樣控制系統分析
6、模擬直流電機閉環(huán)調速實(shí)驗
7、模擬溫度閉環(huán)控制實(shí)驗
計算機控制技術(shù)實(shí)驗
1、數/模轉換實(shí)驗
2、模/數轉換實(shí)驗
3、采樣與保持：
1）采樣實(shí)驗；
2）采樣/保持器實(shí)驗；
3）采樣/保持控制系統分析舉例。
4、平滑與數字濾波實(shí)驗 ：
1）微分與平滑 ；
2）數字濾波 。
5、數字PID控制實(shí)驗：
1）標準PID控制算法，
2）積分分離PID控制算法：
3）非線(xiàn)性PID控制算法；
4）積分分離--砰砰復式PID控制算法
6、最少拍控制系統 ：
1）最少拍有紋波系統；
2）最少拍無(wú)紋波設計；
3）最少拍控制系統設計舉例。
7、大林算法：
1）有明顯振鈴現象的大林算法及振鈴消除 ；
2）有微弱振鈴現象的大林算法及振鈴消除；
3）無(wú)振鈴現象的大林算法。
8、多變量解耦控制：
1）多變量解耦控制設計；
2）多變量解耦控制設計。
9、微機控制的二次開(kāi)發(fā)
控制系統實(shí)驗
1、直流電機閉環(huán)調速實(shí)驗
2、溫度閉環(huán)控制實(shí)驗
3、步進(jìn)電機調速實(shí)驗
4、模擬/數字混合溫度閉環(huán)控制實(shí)驗
四、實(shí)驗箱配置
|
序號 |
名稱(chēng) |
說(shuō)明 |
數量 |
|
1 |
SB-ZK5主機箱 |
含機箱、工作電源、常用信號源、實(shí)驗電路區等 |
1臺 |
|
2 |
交流電源線(xiàn) |
1.5m
|
1根 |
|
3 |
2號實(shí)驗導線(xiàn) |
40cm |
25根 |
|
4 |
串口通信線(xiàn)（2、3直通） |
1.5m |
1根 |
|
5 |
實(shí)驗指導書(shū) |
|
2本 |
附：使用本實(shí)驗箱需配套儀器儀表：電腦、萬(wàn)用表和示波器（可以選配，實(shí)驗箱上自帶示波器）。
