JGKBS-805 自控原理及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

一、產(chǎn)品概況

自控原理及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，自動(dòng)控制原理學(xué)習(xí)是自動(dòng)化、自動(dòng)控制、電子技術(shù)、電氣技術(shù)、精密儀器等專業(yè)教學(xué)中的基礎(chǔ)課程。系統(tǒng)提供集成操作軟件，通過虛擬 PC 示波器功能可實(shí)時(shí)、清晰的觀察控制系統(tǒng)的各項(xiàng)靜、動(dòng)態(tài)特性，方便了對(duì)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(shí)驗(yàn)，加上系統(tǒng)配置的直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等控制對(duì)象，可開設(shè)控制系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn)。該系統(tǒng)還可擴(kuò)展支持如線性系統(tǒng)、最優(yōu)控制、系統(tǒng)辨識(shí)及計(jì)算機(jī)控制等現(xiàn)代控制理論的模擬實(shí)驗(yàn)研究。

二、功能特點(diǎn)：

1．高性能的嵌入式控制計(jì)算機(jī)

系統(tǒng)采用 Intel 8088 作為系統(tǒng)的控制計(jì)算機(jī)， Intel 8088 是 INTEL 公司推出的 16 位處理器，是面向嵌入式工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)、開發(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(kuò)展程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，滿足于復(fù)雜的計(jì)算機(jī)控制和應(yīng)用的要求。從而使計(jì)算機(jī)控制的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以達(dá)到更高的水平。

2.開放式的控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中具有各種典型信號(hào)源（階躍信號(hào)、方波信號(hào)、斜波信號(hào)、拋物波信號(hào)、正弦波信號(hào)）、模擬對(duì)象（八組運(yùn)放單元）、實(shí)際對(duì)象（步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、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(shí)驗(yàn)效率。系統(tǒng)允許用戶根據(jù)教學(xué)內(nèi)容來自行設(shè)計(jì)、開發(fā)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并支持大型的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。

3．先進(jìn)的虛擬儀器功能

系統(tǒng)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(jì)、電路構(gòu)造、系統(tǒng)調(diào)試和測(cè)試分析諸功能一體化的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，具有很高的性價(jià)比和極佳的教學(xué)效果。其主要性能指標(biāo)如下：
(1) 雙蹤超低頻數(shù)字存儲(chǔ)示波器：具有實(shí)時(shí)測(cè)量和顯示、波形回放、游標(biāo)測(cè) 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(diǎn)的時(shí)域相應(yīng)波形并進(jìn)行分析，以半自動(dòng)掃頻測(cè)量方式進(jìn)行測(cè)量，測(cè)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(shí)還具有圖形保存功能。
(3) X_Y 測(cè)量：將兩路測(cè)量信號(hào)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(shí)驗(yàn)特性研究。

4．源語言級(jí)集成開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)為嵌入式控制計(jì)算機(jī)配有高度可視化的源語言級(jí)集成開發(fā)環(huán)境，集控制程序開發(fā)、調(diào)試和實(shí)驗(yàn)測(cè)量分析于一體，支持匯編源語言級(jí)的編程和調(diào)試。

5．新型控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

系統(tǒng)所支持的控制實(shí)驗(yàn)是按照二十一世紀(jì)最新自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)控制教學(xué)體系和內(nèi)容來配備的，其內(nèi)容由淺入深，層次分明。

自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)方面，系統(tǒng)提供了包括線性控制系統(tǒng)的時(shí)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(jì)等方法的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容；另外對(duì)于現(xiàn)代控制理論的教學(xué)，提供了狀態(tài)空間分析實(shí)驗(yàn)。

系統(tǒng)提供的計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)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(jì)方法的實(shí)驗(yàn)研究，從而可使學(xué)生對(duì)新型智能控制算法有所了解和掌握。在控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)方面，系統(tǒng)提供了直流電機(jī) ( 快速 ) 和溫度控制 ( 慢速 ) 兩種實(shí)驗(yàn)對(duì)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)，以得到最好的實(shí)時(shí)控制效果。

系統(tǒng)構(gòu)成

（ 1 ）系統(tǒng)由各單元電路、 8088CPU 控制單元和 PC 機(jī)進(jìn)行通訊的串口構(gòu)成；

（ 2 ）信號(hào)源發(fā)生單元電路：正弦波、方波、斜波及拋物波，信號(hào)周期在 2 毫秒至 30 秒之間可調(diào)；

（ 3 ）采樣保恃器及單穩(wěn)單元電路；

（ 4 ）運(yùn)算模擬單元電路；

（ 5 ）非線性單元電路；

（ 6 ）狀態(tài)指示燈單元；

（ 7 ） D/A0832 數(shù) / 模轉(zhuǎn)換單元電路；

（ 8 ） A/D0809 模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換單元電路；

（ 9 ）單節(jié)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(qū)動(dòng)單元；

（ 13 ）電機(jī)單元；

（ 14 ）直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)模塊單元；

（ 15 ）信號(hào)測(cè)量單元： 采用 PC 軟件實(shí)現(xiàn)雙蹤示波器、頻率特性分析等功能。

（ 16 ）特殊運(yùn)算環(huán)節(jié)單元；

（ 17 ）可變電阻器組單元；

（ 18 ）微型溫度控制單元；

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

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

（一）自動(dòng)控制原理 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(diǎn)配置）

（二）計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

1、 A/D ， D/A 轉(zhuǎn)換

2、采樣保持器

3、數(shù)字濾波

4、積分分離式 PID 控制

5、最小拍有紋波系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

6、最小拍無紋波系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

7、大林算法控制

8、非線性控制

9、解耦控制

10、綜合控制實(shí)驗(yàn)

（三）控制系統(tǒng)應(yīng)用

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)

 

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