自控原理与计算机控制实验平台

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作者：管理员发布时间：2024-04-28 10:10:25

一、概况
自动控制原理学习是自动化、自动控制、电子技术、电气技术、精密仪器等专业教学中的基础课程。自控原理与计算机控制实验平台提供集成嵌入式自控计控核心模块、操作软件，通过虚拟PC示波器功能可实时、清晰的观察控制系统的各项静、动态特性，方便了对模拟控制系统特性的研究。微型温度控制单元可以代替烤箱进行温度控制实验，加上系统配置的直流电机、步进电机等控制对象，可开设控制系统课程的实验。该系统还可扩展支持如线性系统、控制、系统辨识及计算机控制等现代控制理论的模拟实验研究。
二、实验平台内置嵌入式自控计控核心模块
1.核心芯片：HD4000，双核双线程/主频2.4Ghz/睿频2.6 GHZ,4G内存，支持上电自启动。
2.15寸高亮度350cd/m2显示屏，10点电容触摸，操作快捷，方便。
3.提供1个千兆网口,2个RS232接口,4个USB接口。
4.全铝密封，工控级别防尘，防静电，抗干扰。
5.前面板防尘防水，IP65防护等级，有效防止喷溅的水滴和油脂进入。
6.极速被动散热，热量从铝块和铝合金后盖快速散出，经过高低温箱长时间测试，-10°C~60°C环境下稳定运行。
7.核心模块预装有高度可视化的源语言级集成开发环境，集控制程序开发、调试和实验测量分析于一体，支持汇编源语言级的编程和调试。

8.核心模块集成提供了一组先进的虚拟仪器功能，为用户创造了集控制系统设计、系统调试和测试分析诸功能一体化的实验环境。其主要性能指标如下：
1)双踪超低频数字存储示波器：具有实时测量和显示、波形回放、游标测量、波形存贮等功能。

2)频率特性分析仪：可显示系统各频率点的时域相应波形并进行分析，以半自动扫频测量方式进行测量，测量完毕后即可产生极坐标图和波特图，由此显示出系统的频率特性，同时还具有图形保存功能。

3)X_Y测量：将两路测量信号以X_Y坐标的形式显示，具有波形刷新和波形存贮功能，可应用于非线性系统的实验特性研究。

三、开放式的控制实验平台
1.实验平台中具有各种典型信号源（阶跃信号、方波信号、斜波信号、抛物波信号、正弦波信号）、模拟对象（八组运放单元）、实际对象（步进电机、直流电机、温度控制）等单元。各单元之间的电路连接、单元内的元件选择都可以多种方式来操作，从而极大地提高了实验效率。系统允许用户根据教学内容来自行设计、开发相应的实验项目，并支持大型的课程设计和毕业设计。
2.自动控制原理实验方面，系统提供了包括线性控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法以及系统校正和设计等方法的实验研究，也提供了关于线性离散系统、非线性控制系统的实验研究内容；另外对于现代控制理论的教学，提供了状态空间分析实验。
3.系统提供的计算机控制实验内容主要包括：过程通道和数据采集处理、系统的数字程序控制、数字PID闭环控制、数字调节器直接设计方法的实验研究，从而可使学生对新型智能控制算法有所了解和掌握。
4.在控制系统应用实验方面，系统提供了直流电机(快速)和温度控制(慢速)两种实验对象，以构成不同的闭环系统，从而可选择不同的控制策略或控制参数，以得到更好的实时控制效果。
四、系统构成
1.嵌入式自控计控核心模块；
2.系统由各单元电路、8088CPU控制单元和PC机进行通讯的串口构成；
3.信号源发生单元电路：正弦波、方波、斜波及抛物波，信号周期在2毫秒至30秒之间可调；
4.采样保恃器及单稳单元电路；
5.运算模拟单元电路；
6.非线性单元电路；
7.状态指示灯单元；
8.D/A0832数/模转换单元电路；
9.A/D0809模/数转换单元电路；
10.单节拍脉冲发生单元；
11.电位器单元；
12.－5V电源发生单元；
13.驱动单元；
14.电机单元；
15.直流电机、步进电机模块单元；
16.信号测量单元：采用PC软件实现双踪示波器、频率特性分析等功能。
17.特殊运算环节单元；
18.可变电阻器组单元；
19.微型温度控制单元；
五、电源参数
1.输入电压：220V±10%
2.输出电压/电流：+5V/2A，+l2V/0.2A，-l2V/0.2A
六、实验平台采用复合材料的箱式结构：
1.箱体采用优质铝合金框架+铝合金包边+铁护角+ABS密度板+优雅黑美式大手把。
2.上下盖安装加固强劲支撑合页，两边增加两个支撑铰链曲手，开合度设置为95度，提供一个合适的操作和显示视角。
3.所有合金包角采用柳钉来加固保护，内部铺设黑色PU面料，箱子美观，坚固，不易变形。
4.箱体箱底安装耐磨垫和保护脚，正面安装双安全卡扣锁。
七、实验项目
（一）自动控制原理实验项目
1.典型环节的模拟研究
2.典型系统瞬态响应和稳定性
3.系统校正
4.控制系统的频率特性
5.典型非线性环节
6.非线性系统（一）
7.非线性系统（二）
8.采样系统分析
9.采样控制系统的校正
10.态反馈（极点配置）
（二）计算机控制技术
11.A/D，D/A转换
12.采样保持器
13.数字滤波
14.积分分离式PID控制
15.最小拍有纹波系统实验
16.最小拍无纹波系统实验
17.大林算法控制
18.非线性控制
19.解耦控制
20.综合控制实验
（三）控制系统应用
21.直流电机闭环调速实验
22.温度闭环控制实验
23.步进电机调速实验