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SB-ATC1自控原理與計算機控制實驗箱
自控原理實驗箱，自控原理與計算機控制實驗箱，自動控制原理學習是自動化、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行溫度控制實驗，加上系統(tǒng)配置的直流電機、步進電機等控制對象，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。
自控原理實驗箱具有很強的開放性能、擴展性能；運算模擬單元的運放八個，每個運算模擬單元內(nèi)都有實驗所需的電阻、電容等元件，可以通過短路塊和導(dǎo)線靈活方便的對實驗單元電路的組合，可構(gòu)造出各種型式和階次的模擬環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)；從運算模擬單元獨立出來的可變電阻器組單元檔位連續(xù)，調(diào)節(jié)精度高，接線靈活多變，充分滿足于自控原理及計算機控制技術(shù)實驗教學的要求。
一、自控原理與計算機控制實驗箱功能特點：
1．高性能的嵌入式控制計算機
系統(tǒng)采用Intel 8088作為系統(tǒng)的控制計算機，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、開發(fā)的，其與許多常用接口如8259、8253、串口等芯片配合使用，并可擴展程序和數(shù)據(jù)存儲器，滿足于復(fù)雜的計算機控制和應(yīng)用的要求。從而使計算機控制的實驗教學可以達到更高的水平。
2.開放式的控制實驗平臺
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，從而提高了實驗效率。系統(tǒng)允許用戶根據(jù)教學內(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。
3．先進的虛擬儀器功能
系統(tǒng)提供了一組先進的虛擬儀器功能，為用戶創(chuàng)造了集控制系統(tǒng)設(shè)計、電路構(gòu)造、系統(tǒng)調(diào)試和測試分析諸功能一體化的實驗環(huán)境，具有很高的性價比和教學效果。其主要性能指標如下：
(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)波形并進行分析，以半自動掃頻測量方式進行測量，測量完畢后即可產(chǎn)生極坐標圖和波特圖，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。
4．源語言級集成開發(fā)環(huán)境
系統(tǒng)為嵌入式控制計算機配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。
5．新型控制實驗教學內(nèi)容
系統(tǒng)所支持的控制實驗是按照二十一世紀新自動控制和計算機控制教學體系和內(nèi)容來配備的，其內(nèi)容由淺入深，層次分明。
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，提供了狀態(tài)空間分析實驗。
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，從而可使學生對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)，以得到好的實時控制效果。
二、自控原理與計算機控制實驗系統(tǒng)構(gòu)成
（1）系統(tǒng)由各單元電路、8088CPU控制單元和PC機進行通訊的串口構(gòu)成；
（2）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)；
（3）采樣保恃器及單穩(wěn)單元電路；
（4）運算模擬單元電路；
（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)動單元；
（13）電機單元；
（14）直流電機、步進電機模塊單元；
（15）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。
（16）特殊運算環(huán)節(jié)單元；
（17）可變電阻器組單元；
（18）微型溫度控制單元；
三、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
四、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)
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)實驗
6、最小拍無紋波系統(tǒng)實驗
7、大林算法控制
8、非線性控制
9、解耦控制
10、綜合控制實驗
（三）控制系統(tǒng)應(yīng)用
1.直流電機閉環(huán)調(diào)速實驗
2.溫度閉環(huán)控制實驗
3.步進電機調(diào)速實驗
SB-ZK5自控計控原理實驗箱
自控計控原理實驗箱是自控/計控二合一的教學實驗系統(tǒng)。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，可構(gòu)造出各種型式和階次的模擬環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)。還可進行以微機為控制平臺的計算機控制技術(shù)實驗教學，做到一機多用。
一、系統(tǒng)組成
1、電源：輸入單相三線～220V±10% 50Hz。輸出直流5V/2A、±12V/0.5A 電源，均有接反和短路保護功能。
2、核心系統(tǒng)：采用8088微處理器，方便計算機控制技術(shù)軟件編程；RS232總線接口與上位機通訊（可以USB接口通信），含有上位機總清復(fù)位和人工總清復(fù)位電路， 含有自動鎖零和人工鎖零功能。
3、函數(shù)發(fā)生器：實驗機自帶信號測量和信號顯示模塊
可測量信號電壓（-5V～+5V）、頻率、溫度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。
4、階躍信號發(fā)生器：由手控階躍發(fā)生（0/+5v、-5v/+5v），幅度控制（電位器），非線性輸出組。
5、函數(shù)信號發(fā)生器：能輸出正弦波、斜波、方波、矩型波、繼電特性、飽和特性、死區(qū)特性和間隙特性，有開關(guān)切換，同時有數(shù)碼管顯示波形相關(guān)信息。正弦波信號頻率范圍0.1HZ~2HZ和0.8HZ~50HZ兩檔,分辨率是0.1HZ和1HZ,其他波形頻率范圍是0.1HZ~250HZ,分辨率是0.1HZ。波形信號的幅值范圍-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、運算模擬單元：提供8個OP07基本運放模擬單元（實驗用），每單元的輸入回路有6組0.5%精度電阻、或 5%精度電容，反饋回路有7組0.5%精度電阻、或5%精度電容，和1個運算放大器組成。另有擴展運放模擬單元，其一可調(diào)零放大器，構(gòu)成比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、比例微分環(huán)節(jié)，PID環(huán)節(jié)和典型的二階、三階系統(tǒng)等；其二校正網(wǎng)絡(luò)庫，可構(gòu)成各種校正環(huán)節(jié)；其三是2組整形模塊。
7、提供阻容元件庫：250K、500K電位器，2組0-999.9K直讀式可變電阻，多組電容。
8、1組D/A輸出:電壓0～5V 或-5V～+5V。
9、4路A/D輸入:其中有2個通道為0～+5v電壓輸入，2個通道為-5v～+5v電壓輸入。
10、2組采樣保持器及單穩(wěn)單元電路。
11、提供精密基準電壓+Vref和-Vref。
12、定時和中斷單元：2組定時計數(shù)器和2路中斷源。
9、提供虛擬示波器：
1）2個通道模擬信號輸入：可測量相平面顯示，頻域?qū)?shù)幅頻、相頻曲線，幅相曲線等。
2）示波器的時域顯示方式：示波器的相平面顯示（X-Y）方式；示波器的頻率特性顯示方式有對數(shù)幅頻特性顯示、對數(shù)相頻特性顯示（伯德圖），幅相特性顯示方式（奈奎斯特圖），時域分析（弧度）顯示方式。
3）示波器的計算機控制顯示方式。
10、外圍控制對象
1）步進電機（35BY48）轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角控制。
2）直流電機（BY25）脈沖測速輸出及電壓測速輸出。
3）溫度模塊可調(diào)脈沖寬度輸入控制及電壓輸入控制加熱，熱敏電阻測溫（0℃～76.5℃）。
11、支持二次開發(fā)：除模擬運算單元、函數(shù)發(fā)生器外，本實驗機的8253定時器、8259中斷控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器地址也開放給用戶。
12、機箱：堅固型鋁合金框架，厚實的 ABS 塑料包角，參考外形尺寸 480×360×120mm。
二、實驗項目
自動控制實驗
1、線性系統(tǒng)的時域分析：
1）典型環(huán)節(jié)的模擬研究 ；
2)二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性;
3)三階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。
2、線性控制系統(tǒng)的頻域分析（伯德圖、奈氏圖）：
1）慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線；
2）二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線；
3）二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線 ；
4） 頻率特性的時域分析。
3、非線性系統(tǒng)的相平面分析：
1）典型非線性環(huán)節(jié)；
2）二階非線性控制系統(tǒng)：
3）三階非線性控制系統(tǒng)。
4、線性系統(tǒng)的校正與狀態(tài)反饋:1)線性系統(tǒng)的校正；
① 頻域法串聯(lián)超前校正；
② 時域法串聯(lián)比例微分校正；
③ 時域法比例反饋校正 ；
④ 時域法微分反饋校正；
2)線性系統(tǒng)的狀態(tài)反饋及極點配置
5、采樣控制系統(tǒng)分析
6、模擬直流電機閉環(huán)調(diào)速實驗
7、模擬溫度閉環(huán)控制實驗
計算機控制技術(shù)實驗
1、數(shù)/模轉(zhuǎn)換實驗
2、模/數(shù)轉(zhuǎn)換實驗
3、采樣與保持：
1）采樣實驗；
2）采樣/保持器實驗；
3）采樣/保持控制系統(tǒng)分析舉例。
4、平滑與數(shù)字濾波實驗 ：
1）微分與平滑 ；
2）數(shù)字濾波 。
5、數(shù)字PID控制實驗：
1）標準PID控制算法，
2）積分分離PID控制算法：
3）非線性PID控制算法；
4）積分分離--砰砰復(fù)式PID控制算法
6、最少拍控制系統(tǒng) ：
1）最少拍有紋波系統(tǒng)；
2）最少拍無紋波設(shè)計；
3）最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計舉例。
7、大林算法：
1）有明顯振鈴現(xiàn)象的大林算法及振鈴消除 ；
2）有微弱振鈴現(xiàn)象的大林算法及振鈴消除；
3）無振鈴現(xiàn)象的大林算法。
8、多變量解耦控制：
1）多變量解耦控制設(shè)計；
2）多變量解耦控制設(shè)計。
9、微機控制的二次開發(fā)
控制系統(tǒng)實驗
1、直流電機閉環(huán)調(diào)速實驗
2、溫度閉環(huán)控制實驗
3、步進電機調(diào)速實驗
4、模擬/數(shù)字混合溫度閉環(huán)控制實驗
四、實驗箱配置
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序號 |
名稱 |
說明 |
數(shù)量 |
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1 |
SB-ZK5主機箱 |
含機箱、工作電源、常用信號源、實驗電路區(qū)等 |
1臺 |
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2 |
交流電源線 |
1.5m
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1根 |
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3 |
2號實驗導(dǎo)線 |
40cm |
25根 |
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4 |
串口通信線（2、3直通） |
1.5m |
1根 |
|
5 |
實驗指導(dǎo)書 |
|
2本 |
附：使用本實驗箱需配套儀器儀表：電腦、萬用表和示波器（可以選配，實驗箱上自帶示波器）。
