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自动控制理论及计算机控制技术实验平台

更新时间:2024-06-24

简要描述:

自动控制理论及计算机控制技术实验平台是自动控制/计算机控制、信号与系统三合一的教学实验系统。它采用模块式结构,具有各种型式和阶次的模拟环节和控制系统。还可进行以微机为控制平台的计算机控制技术实验教学,做到一机多用。

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一、自动控制理论及计算机控制技术实验平台产品概述

本实验平台是自动控制/计算机控制、信号与系统三合一的教学实验系统。它采用模块式结构,具有各种型式和阶次的模拟环节和控制系统。还可进行以微机为控制平台的计算机控制技术实验教学,做到一机多用。

二、自动控制理论及计算机控制技术实验平台技术指标:

1、输入电压:单相三线~220V±10% 50Hz

2、装置容量:<1kVA

3、工作环境:温度-10℃~+40℃相对湿度<85%(25℃)

4、外形尺寸:单个实训台尺寸为1.60.71.15m。

三、产品特点:

1、紧扣教学大纲、内容简洁、重点突出:对课程的大部分章节均提供有实验项目,使实验内容具有教学性和通用性,同时也使学生通过实验环节更透彻得掌握原理性的知识。

2、电路模块化设计:实验单元均以模块来划分,实验名称与模块名相对应。模块内的电路在相应的位置画出,使实验者一目了然。

3、结构紧凑,性能稳定、可靠;扩展性强,可自行设计实验电路。

4、选配Proteus仿真软件,可以模拟仿真信号系统里边各种功能电路,同时适配示波器、逻辑分析仪、信号发生器等虚拟仪器,方便电路的分析研究,以提高学生的综合能力。

5、配置专门仪器仪表实验操作使用方便,仪器摆放整洁有序

    6、增加实验系统就可以增加相应的实验项目,不受空间限制,灵活机动,节省实验平台建设,节省实验室。

四、产品结构:

装置由仪器架、电源控制箱、实验桌自控/计控、信号与系统教学实验系统移动矮柜、学生凳等组成。实验装置支架与实验桌可组合、可拆装。支架与桌脚一体,铝合金结构。

(一)仪器架:仪器架置于实训台顶部,由截面尺寸:70mm×70mm高性能表面氧化的铝型材、双面喷塑钢板及一次成型铝压铸框架连接构件构成非焊接工艺,外形美观,结构牢固耐用。仪器架底部装有隐藏式扁平形照明LED灯,光源集中柔和明亮,外形美观。

(二)电源控制电源控制铝型材结构,内嵌多组交流220V仪器仪表工作电源插座,并设有独立漏电保护开关,电源控制置于仪器架下部,仪器仪表电用安全方便。并装有LED灯控制开关。

(三)实训桌结构:

实训桌规格为1600(长)*700(宽)*1150(高),设有键盘托一个抽屉桌子下部靠后右边有一个电脑主机箱托。实验桌主体结构全部采用高性能表面氧化的铝型材及一次成型铝压铸框架连接构件,连接构件采用压铸成型工艺非焊接工艺,经机加工、抛丸、喷砂,表面静电喷涂工艺安装方便、快捷,用户可自行DIY组装。桌体立柱采用工业铝型材成型工艺,表面氧化处理,截面尺寸:70mm×70mm,四面带槽,槽宽8mm,端部装有注塑成型配套塑料堵头。桌面采用25mmE1级三聚氰胺饰面板,桌面板下设支撑框架,承受力不少于300kg。配备储存柜,存放元件及工具,储存柜底部4只高强度万向可制动PU脚轮,方便移动。

实验桌后面二支截面尺寸70mm×70mm桌脚向上延伸,与一次成型铝压铸框架连接构件构成非焊接工艺牢固的支架仪器架、电源控制组成一个完整的实训屏

(五)储存柜1个:配备储存柜,存放实训模块及工具,储存柜底部4只高强度万向可制动PU脚轮,方便移动。

学生凳2张:钢木结构

(七)实验器材:自控/计控、信号与系统的教学实验系统1套,技术与构成说明

A、自控/计控:

1、电源:输入单相三线~220V±10%  50Hz输出直流5V/2A、±12V/0.5A 电源,均有接和短路保护功能

2、核心系统:采用8088微处理器,方便计算机控制技术软件编程;RS232总线接口与上位机通讯(可以USB接口通信),含有上位机总清复位和人工总清复位电路, 含有自动锁零和人工锁零功能。

3、函数发生器:实验机自带信号测量和信号显示模块

可测量信号电压(-5V~+5V)、频率、温度、转速等参数

4、阶跃信号发生器:由手控阶跃发生(0/+5v、-5v/+5v),幅度控制(电位器),非线性输出组。

5、函数信号发生器:能输出正弦波、斜波、方波、矩型波、继电特性、饱和特性、死区特性和间隙特性,有开关切换,同时有数码管显示波形相关信息。正弦波信号频率范围0.1HZ~2HZ和0.8HZ~50HZ两档,分辨率是0.1HZ和1HZ,其他波形频率范围是0.1HZ~250HZ,分辨率是0.1HZ。波形信号的幅值范围-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、运算模拟单元:提供8个OP07基本运放模拟单元(实验用),每单元的输入回路有6组0.5%精度电阻、或 5%精度电容,反馈回路有7组0.5%精度电阻、或5%精度电容,和1个运算放大器组成。另有扩展运放模拟单元,其一调零放大器,构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例微分环节,PID环节和典型的二阶、三阶系统等;其二校正网络库,可构成各种校正环节其三是2组整形模块。

7、提供阻容元件库:250K、500K电位器,2组0-999.9K直读式可变电阻,多组电容。

8、1组D/A输出:电压0~5V 或–5V~+5V。

9、4路A/D输入:其中有2个通道为0~+5v电压输入,2个通道为-5v~+5v电压输入。

10、2组采样保持器及单稳单元电路

11、提供精密基准电压+Vref和-Vref。

12、定时和中断单元:2组定时计数器和2路中断源。

13、提供虚拟示波器

1)2个通道模拟信号输入:可测量相平面显示,频域对数幅频、相频曲线,幅相曲线等。

2)示波器的时域显示方式:示波器的相平面显示(X-Y)方式;示波器的频率特性显示方式有对数幅频特性显示、对数相频特性显示(伯德图),幅相特性显示方式(奈奎斯特图),时域分析(弧度)显示方式。

3)示波器的计算机控制显示方式。

14、外围控制对象

1)步进电机(35BY48)转速、转角控制 。

2)直流电机(BY25)脉冲测速输出及电压测速输出。  

3)温度模块可调脉冲宽度输入控制及电压输入控制加热,热敏电阻测温(0℃~76.5℃)。

15、支持二次开发:除模拟运算单元、函数发生器外,本实验机的8253定时器、8259中断控制器、模数转换器,数模转换器地址也开放给用户。

16、机箱:坚固型铝合金框架,厚实的 ABS 塑料包角,参考外形尺寸 480×360×120mm

B、信号与系统:

硬件模块组成:

1、电源输入模块::提供+5V/1.0A、-5V/0.5A、+12V/0.5A、-12V/0.5A的电源输出,配LH-DB电源保护板时,有欠压、过压、过流和短路报警功能,在上述情况发生时自动切断系统电源,故障排除后,自动恢复。

2、信号源模块:

提供五种波形信号:正弦波、三角波、方波、矩形波、扫频信号。

信号的频率范围:9Hz—100KHz,分四个频段。

信号的频率、幅度、占空比和扫速匀可调。

3、频率计:四位数显,测量范围1Hz-300KHz,量程自动切换。

4、毫伏表:三位半数显,测量范围0~10V,频率范围0~100KHz。

4、模拟滤波器模块

6、无失真传输系统

7、一阶电路暂态响应模块

8、二阶电路传输特性模块

9、二阶网络状态轨迹模块

10、二阶电路暂态响应模块

11、阶跃响应与冲激响应模块

12、抽样定理模块

13、AM调制解调模块

14、FDM频分复用模块

15、信号分解与合成模块

16、电路元件扩展区

17、机箱:铝合金材料,绿色环保,造型美观大方。参考外形尺寸:440×340×100MM

软件配置

   1、选配Proteus仿真软件,可以模拟仿真信号系统里边各种功能电路,同时适配示波器、逻辑分析仪、信号发生器等虚拟仪器,方便电路的分析研究,以提高学生的综合能力。

五、实验内容

(一)自动控制实验 

1、线性系统的时域分析:1)典型环节的模拟研究 2)二阶系统瞬态响应和稳定性;3)三阶系统的瞬态响应和稳定性。

2、线性控制系统的频域分析(伯德图、奈氏图):1)惯性环节的频率特性曲线;2)二阶闭环系统的频率特性曲线;3)二阶开环系统的频率特性曲线 4)  频率特性的时域分析。

3、非线性系统的相平面分析:1)典型非线性环节;2)二阶非线性控制系统:3)三阶非线性控制系统。

4、线性系统的校正与状态反馈:1)线性系统的校正;① 频域法串联超前校正;② 时域法串联比例微分校正;③ 时域法比例反馈校正 ;④ 时域法微分反馈校正;2)线性系统的状态反馈及极点配置

5、采样控制系统分析

6、模拟直流电机闭环调速实验

7、模拟温度闭环控制实验

)计算机控制技术实验

1、数/模转换实验

2、模/数转换实验

3、采样与保持:1)采样实验;2)采样/保持器实验;3)采样/保持控制系统分析举例。

4、平滑与数字滤波实验 :1)微分与平滑 2)数字滤波 。

5、数字PID控制实验:1)标准PID控制算法,2)积分分离PID控制算法:3)非线性PID控制算法;4)积分分离--砰砰复式PID控制算法

6、最少拍控制系统 :1)最少拍有纹波系统;2)最少拍无纹波设计;3)最少拍控制系统设计举例。

7、大林算法:1)有明显振铃现象的大林算法及振铃消除 2)有微弱振铃现象的大林算法及振铃消除;3)无振铃现象的大林算法。

8、多变量解耦控制:1)多变量解耦控制设计;2)多变量解耦控制设计。

9、微机控制的二次开发

)控制系统实验 

1、直流电机闭环调速实验

2、温度闭环控制实验

3、步进电机调速实验

4、模拟/数字混合温度闭环控制实验

信号与系统实验

1、基本运算单元实验

2、阶跃响应与冲激响应实验

3、连续时间系统的模拟实验

4、有源、无源滤波器实验

5、抽样定理与信号恢复实验

6、一阶电路的暂态响应实验

7、二阶电路传输特性实验、二阶网络状态轨迹的显示实验、二阶电路的暂态响应实验

8、二阶网络函数的模拟实验

9、矩形脉冲信号的分解实验和矩形脉冲信号的合成实验

10、谐波幅度对波形合成的影响实验

11、AM调制与解调

12、FDM频分复用实验

13、信号的无失真传输

配置

序号

    

   

数量

1

仪器架


1套

2

电源控制


1套

3

实验桌


1张

4

移动矮柜


1个

5

学生椅


2张

6

自控/计控、信号系统教学实验系统

含详细技术指标里的全部硬件

1套

7

 

连接线

交流电源线

1.5m

1根

2号实验导线

40cm

25根

串口通信线(2、3直通)

1.5m

1根

8

工具

尖嘴钳1把、镊子1把、斜口钳1把

1套

9

实验指导书


1套

10

电脑

自备

1台

11

万用表

自备

1只

12

示波器

自备

1台

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