SB-ATC1自控原理與計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)箱
自控原理實(shí)驗(yàn)箱,自控原理與計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)箱,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(guò)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(kāi)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)、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。
自控原理實(shí)驗(yàn)箱具有很強(qiáng)的開(kāi)放性能、擴(kuò)展性能;運(yùn)算模擬單元的運(yùn)放八個(gè),每個(gè)運(yùn)算模擬單元內(nèi)都有實(shí)驗(yàn)所需的電阻、電容等元件,可以通過(guò)短路塊和導(dǎo)線靈活方便的對(duì)實(shí)驗(yàn)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(yùn)算模擬單元獨(dú)立出來(lái)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(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。
一、自控原理與計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)箱功能特點(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(kāi)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(kāi)放式的控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
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(lái)操作,從而提高了實(shí)驗(yàn)效率。系統(tǒng)允許用戶根據(jù)教學(xué)內(nèi)容來(lái)自行設(shè)計(jì)、開(kāi)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(yǔ)言級(jí)集成開(kāi)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(yǔ)言級(jí)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境,集控制程序開(kāi)發(fā)、調(diào)試和實(shí)驗(yàn)測(cè)量分析于一體,支持匯編源語(yǔ)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)新自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)控制教學(xué)體系和內(nèi)容來(lái)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(guò)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),以得到好的實(shí)時(shí)控制效果。
二、自控原理與計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)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;
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(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(wú)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)
SB-ZK5自控計(jì)控原理實(shí)驗(yàn)箱
自控計(jì)控原理實(shí)驗(yàn)箱是自控/計(jì)控二合一的教學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jìn)行以微機(jī)為控制平臺(tái)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué),做到一機(jī)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(hù)功能。
2、核心系統(tǒng):采用8088微處理器,方便計(jì)算機(jī)控制技術(shù)軟件編程;RS232總線接口與上位機(jī)通訊(可以USB接口通信),含有上位機(jī)總清復(fù)位和人工總清復(fù)位電路, 含有自動(dòng)鎖零和人工鎖零功能。
3、函數(shù)發(fā)生器:實(shí)驗(yàn)機(jī)自帶信號(hào)測(cè)量和信號(hào)顯示模塊
可測(cè)量信號(hào)電壓(-5V~+5V)、頻率、溫度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。
4、階躍信號(hào)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(hào)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(kāi)關(guān)切換,同時(shí)有數(shù)碼管顯示波形相關(guān)信息。正弦波信號(hào)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(hào)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(yùn)算模擬單元:提供8個(gè)OP07基本運(yùn)放模擬單元(實(shí)驗(yàn)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(gè)運(yùn)算放大器組成。另有擴(kuò)展運(yùn)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(kù),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(kù):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(gè)通道為0~+5v電壓輸入,2個(gè)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(zhǔn)電壓+Vref和-Vref。
12、定時(shí)和中斷單元:2組定時(shí)計(jì)數(shù)器和2路中斷源。
9、提供虛擬示波器:
1)2個(gè)通道模擬信號(hào)輸入:可測(cè)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(shí)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(duì)數(shù)幅頻特性顯示、對(duì)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(shí)域分析(弧度)顯示方式。
3)示波器的計(jì)算機(jī)控制顯示方式。
10、外圍控制對(duì)象
1)步進(jìn)電機(jī)(35BY48)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角控制。
2)直流電機(jī)(BY25)脈沖測(cè)速輸出及電壓測(cè)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(cè)溫(0℃~76.5℃)。
11、支持二次開(kāi)發(fā):除模擬運(yùn)算單元、函數(shù)發(fā)生器外,本實(shí)驗(yàn)機(jī)的8253定時(shí)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(kāi)放給用戶。
12、機(jī)箱:堅(jiān)固型鋁合金框架,厚實(shí)的 ABS 塑料包角,參考外形尺寸 480×360×120mm。
二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)
1、線性系統(tǒng)的時(shí)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(kāi)環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線 ;
4) 頻率特性的時(shí)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(shí)域法串聯(lián)比例微分校正;
③ 時(shí)域法比例反饋校正 ;
④ 時(shí)域法微分反饋校正;
2)線性系統(tǒng)的狀態(tài)反饋及極點(diǎn)配置
5、采樣控制系統(tǒng)分析
6、模擬直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)
7、模擬溫度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)
計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)
1、數(shù)/模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
2、模/數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
3、采樣與保持:
1)采樣實(shí)驗(yàn);
2)采樣/保持器實(shí)驗(yàn);
3)采樣/保持控制系統(tǒng)分析舉例。
4、平滑與數(shù)字濾波實(shí)驗(yàn) :
1)微分與平滑 ;
2)數(shù)字濾波 。
5、數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn):
1)標(biāo)準(zhǔn)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(wú)紋波設(shè)計(jì);
3)最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(wú)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(jì);
2)多變量解耦控制設(shè)計(jì)。
9、微機(jī)控制的二次開(kāi)發(fā)
控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
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)
4、模擬/數(shù)字混合溫度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)
四、實(shí)驗(yàn)箱配置
序號(hào) |
名稱 |
說(shuō)明 |
數(shù)量 |
1 |
SB-ZK5主機(jī)箱 |
含機(jī)箱、工作電源、常用信號(hào)源、實(shí)驗(yàn)電路區(qū)等 |
1臺(tái) |
2 |
交流電源線 |
1.5m
|
1根 |
3 |
2號(hào)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線 |
40cm |
25根 |
4 |
串口通信線(2、3直通) |
1.5m |
1根 |
5 |
實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) |
|
2本 |
附:使用本實(shí)驗(yàn)箱需配套儀器儀表:電腦、萬(wàn)用表和示波器(可以選配,實(shí)驗(yàn)箱上自帶示波器)。