DB-SD28 自動控制計算機控制原理實驗箱
自動控制計算機控制原理實驗箱是自控/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），含有上位機總清復位和人工總清復位電路， 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，有開關切換，同時有數(shù)碼管顯示波形相關信息。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：
1.1典型環(huán)節(jié)的模擬研究 ；
1.2二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性;
1.3三階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性。
2、線性控制系統(tǒng)的頻域分析（伯德圖、奈氏圖）：
2.1慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線；
2.2二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線；
2.3二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線 ；
2.4 頻率特性的時域分析。
3、非線性系統(tǒng)的相平面分析：
3.1典型非線性環(huán)節(jié)；
3.2二階非線性控制系統(tǒng)：
3.3三階非線性控制系統(tǒng)。
4、線性系統(tǒng)的校正與狀態(tài)反饋:
4.1線性系統(tǒng)的校正；
4.11 頻域法串聯(lián)超前校正；
4.22 時域法串聯(lián)比例微分校正；
4.23 時域法比例反饋校正 ；
4.24 時域法微分反饋校正；
4.2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）最少拍無紋波設計；
3）最少拍控制系統(tǒng)設計舉例。
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）多變量解耦控制設計；
2）多變量解耦控制設計。
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
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），含有上位機總清復位和人工總清復位電路， 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，有開關切換，同時有數(shù)碼管顯示波形相關信息。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：
1.1典型環(huán)節(jié)的模擬研究 ；
1.2二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性;
1.3三階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性。
2、線性控制系統(tǒng)的頻域分析（伯德圖、奈氏圖）：
2.1慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線；
2.2二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線；
2.3二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線 ；
2.4 頻率特性的時域分析。
3、非線性系統(tǒng)的相平面分析：
3.1典型非線性環(huán)節(jié)；
3.2二階非線性控制系統(tǒng)：
3.3三階非線性控制系統(tǒng)。
4、線性系統(tǒng)的校正與狀態(tài)反饋:
4.1線性系統(tǒng)的校正；
4.11 頻域法串聯(lián)超前校正；
4.22 時域法串聯(lián)比例微分校正；
4.23 時域法比例反饋校正 ；
4.24 時域法微分反饋校正；
4.2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）最少拍無紋波設計；
3）最少拍控制系統(tǒng)設計舉例。
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）多變量解耦控制設計；
2）多變量解耦控制設計。
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
| 序號 | 名稱 | 說明 | 數(shù)量 |
| 1 | 自動控制計算機控制原理實驗箱 | 含機箱、工作電源、常用信號源、實驗電路區(qū)等 | 1臺 |
| 2 | 交流電源線 | 1.5m | 1根 |
| 3 | 2號實驗導線 | 40cm | 25根 |
| 4 | 串口通信線（2、3直通） | 1.5m | 1根 |
| 5 | 實驗指導書 | 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）。
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