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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、最优控制、系统辨识及计算机控制等现代控制理论的模拟实验研究。

 自控原理与计算机控制实验平台

自控原理与计算机控制实验平台


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。
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,具有很高的性价比和极佳的教学效果。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。  
双踪超低频数字存储示波器
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。  
频率特性分析仪
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。
X_Y测量

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,以得到最好的实时控制效果。
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,提供一个完美的操作和显示视角。
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。

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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



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