自控原理與計算機控制實驗平臺

一、概況
自動控制原理學(xué)習(xí)是自動化、自動控制、電子技術(shù)、電氣技術(shù)、精密儀器等專業(yè)教學(xué)中的基礎(chǔ)課程。自控原理與計算機控制實驗平臺提供集成嵌入式自控計控核心模塊、操作軟件，通過虛擬PC示波器功能可實時、清晰的觀察控制系統(tǒng)的各項靜、動態(tài)特性，方便了對模擬控制系統(tǒng)特性的研究。微型溫度控制單元可以代替烤箱進(jìn)行溫度控制實驗，加上系統(tǒng)配置的直流電機、步進(jìn)電機等控制對象，可開設(shè)控制系統(tǒng)課程的實驗。該系統(tǒng)還可擴展支持如線性系統(tǒng)、控制、系統(tǒng)辨識及計算機控制等現(xiàn)代控制理論的模擬實驗研究。

二、內(nèi)置嵌入式自控計控核心模塊
1.核心芯片：HD4000，雙核雙線程/主頻2.4Ghz/睿頻2.6 GHZ,4G內(nèi)存，支持上電自啟動。
2.15寸高亮度350cd/m2顯示屏，10點電容觸摸，操作快捷，方便。
3.提供1個千兆網(wǎng)口,2個RS232接口,4個USB接口。
4.全鋁密封，工控級別防塵，防靜電，抗干擾。
5.前面板防塵防水，IP65防護等級，有效防止噴濺的水滴和油脂進(jìn)入。
6.極速被動散熱，熱量從鋁塊和鋁合金后蓋快速散出，經(jīng)過高低溫箱長時間測試，-10°C~60°C環(huán)境下穩(wěn)定運行。
7.核心模塊預(yù)裝有高度可視化的源語言級集成開發(fā)環(huán)境，集控制程序開發(fā)、調(diào)試和實驗測量分析于一體，支持匯編源語言級的編程和調(diào)試。
8.核心模塊集成提供了一組先進(jìn)的虛擬儀器功能，為用戶創(chuàng)造了集控制系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試和測試分析諸功能一體化的實驗環(huán)境。其主要性能指標(biāo)如下：  
1)雙蹤超低頻數(shù)字存儲示波器：具有實時測量和顯示、波形回放、游標(biāo)測量、波形存貯等功能。  
2)頻率特性分析儀：可顯示系統(tǒng)各頻率點的時域相應(yīng)波形并進(jìn)行分析，以半自動掃頻測量方式進(jìn)行測量，測量完畢后即可產(chǎn)生極坐標(biāo)圖和波特圖，由此顯示出系統(tǒng)的頻率特性，同時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(biāo)的形式顯示，具有波形刷新和波形存貯功能，可應(yīng)用于非線性系統(tǒng)的實驗特性研究。
三、開放式的自控原理與計算機控制實驗平臺
1.實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(nèi)的元件選擇都可以多種方式來操作，從而極大地提高了實驗效率。系統(tǒng)允許用戶根據(jù)教學(xué)內(nèi)容來自行設(shè)計、開發(fā)相應(yīng)的實驗項目，并支持大型的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計。  
2.自動控制原理實驗方面，系統(tǒng)提供了包括線性控制系統(tǒng)的時域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法以及系統(tǒng)校正和設(shè)計等方法的實驗研究，也提供了關(guān)于線性離散系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng)的實驗研究內(nèi)容；另外對于現(xiàn)代控制理論的教學(xué)，提供了狀態(tài)空間分析實驗。
3.系統(tǒng)提供的計算機控制實驗內(nèi)容主要包括：過程通道和數(shù)據(jù)采集處理、系統(tǒng)的數(shù)字程序控制、數(shù)字PID閉環(huán)控制、數(shù)字調(diào)節(jié)器直接設(shè)計方法的實驗研究，從而可使學(xué)生對新型智能控制算法有所了解和掌握。
4.在控制系統(tǒng)應(yīng)用實驗方面，系統(tǒng)提供了直流電機(快速)和溫度控制(慢速)兩種實驗對象，以構(gòu)成不同的閉環(huán)系統(tǒng)，從而可選擇不同的控制策略或控制參數(shù)，以得到更好的實時控制效果。
四、系統(tǒng)構(gòu)成
1.嵌入式自控計控核心模塊；
2.系統(tǒng)由各單元電路、8088CPU控制單元和PC機進(jìn)行通訊的串口構(gòu)成；
3.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(diào)；
4.采樣保恃器及單穩(wěn)單元電路；
5.運算模擬單元電路；
6.非線性單元電路；
7.狀態(tài)指示燈單元；
8.D/A0832數(shù)/模轉(zhuǎn)換單元電路；
9.A/D0809模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元電路；
10.單節(jié)拍脈沖發(fā)生單元； 
11.電位器單元；
12.－5V電源發(fā)生單元；
13.驅(qū)動單元；
14.電機單元；
15.直流電機、步進(jìn)電機模塊單元；
16.信號測量單元：采用PC軟件實現(xiàn)雙蹤示波器、頻率特性分析等功能。
17.特殊運算環(huán)節(jié)單元；
18.可變電阻器組單元；
19.微型溫度控制單元；
五、電源參數(shù)
1.輸入電壓：220V±10%
2.輸出電壓/電流：+5V/2A，+l2V/0.2A，-l2V/0.2A
六、實驗平臺采用復(fù)合材料的箱式結(jié)構(gòu)：
1.箱體采用優(yōu)質(zhì)鋁合金框架+鋁合金包邊+鐵護角+ABS密度板+優(yōu)雅黑美式大手把。
2.上下蓋安裝加固強勁支撐合頁，兩邊增加兩個支撐鉸鏈曲手，開合度設(shè)置為95度，提供一個合適的操作和顯示視角。
3.所有合金包角采用柳釘來加固保護，內(nèi)部鋪設(shè)黑色PU面料，箱子美觀，堅固，不易變形。
4.箱體箱底安裝耐磨墊和保護腳，正面安裝雙安全卡扣鎖。
七、實驗項目
（一）自動控制原理實驗項目
1.典型環(huán)節(jié)的模擬研究
2.典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性
3.系統(tǒng)校正
4.控制系統(tǒng)的頻率特性
5.典型非線性環(huán)節(jié)
6.非線性系統(tǒng)（一）
7.非線性系統(tǒng)（二）
8.采樣系統(tǒng)分析
9.采樣控制系統(tǒng)的校正
10.態(tài)反饋（極點配置）
（二）計算機控制技術(shù)
11.A/D，D/A轉(zhuǎn)換
12.采樣保持器
13.數(shù)字濾波
14.積分分離式PID控制
15.最小拍有紋波系統(tǒng)實驗
16.最小拍無紋波系統(tǒng)實驗
17.大林算法控制
18.非線性控制
19.解耦控制
20.綜合控制實驗
（三）控制系統(tǒng)應(yīng)用
21.直流電機閉環(huán)調(diào)速實驗
22.溫度閉環(huán)控制實驗
23.步進(jìn)電機調(diào)速實驗