自動控制原理及計算機控制實驗平臺，自控實訓設備
2024-04-17 07:40自動控制原理是控制工程領域的基礎，其主要涉及在沒有人為直接參與的情況下，通過外加的設備或裝置（控制裝置或控制器），使得機器、設備或生產過程（統(tǒng)稱為被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控制量）能夠自動地按照預定的規(guī)律運行。其核心技術是控制系統(tǒng)，通常由傳感器、執(zhí)行器、控制器和反饋裝置等組件構成，反饋裝置的作用是將被控制對象的狀態(tài)信息反饋給控制器，以實現(xiàn)更精確的控制。
而計算機控制則是指利用計算機技術對生產過程進行控制，實現(xiàn)生產過程的自動化管理。其核心技術是計算機控制系統(tǒng)，由計算機、傳感器、執(zhí)行器和控制器等構成。計算機作為控制系統(tǒng)的核心，通過對傳感器和執(zhí)行器的信號進行處理，實現(xiàn)對被控制對象的控制。計算機控制技術在工業(yè)生產、交通運輸、醫(yī)療衛(wèi)生、農業(yè)生產等領域都有廣泛的應用。
自動控制原理及計算機控制實驗平臺是一種用于教學和實驗目的的綜合實驗系統(tǒng)。它可以執(zhí)行自動控制原理、計算機控制技術和信號與系統(tǒng)等方面的實驗。這種實驗平臺通常具有以下特點：
模塊化結構：實驗平臺采用模塊化設計，可以根據(jù)需要組合成各種類型的模擬環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)。
控制平臺：實驗平臺可以作為微機控制技術的實驗教學平臺，實現(xiàn)一機多用。
系統(tǒng)組成：實驗平臺包括電源、核心系統(tǒng)（通常采用8088微處理器）和函數(shù)發(fā)生器等功能模塊。
開放性和擴展性：實驗平臺具有很強的開放性和擴展性，可以滿足不同實驗需求。
集成操作軟件：通過PC示波器功能，可以實時觀察控制系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性，方便學生分析和解決問題。
測量儀表：實驗平臺配有各種測量儀表，系統(tǒng)功能完善，實驗內容豐富，能夠有效提高學生實際分析和解決問題的能力。
一、概況
自動控制原理學習是自動化、自動控制、電子技術、電氣技術、精密儀器等專業(yè)教學中的基礎課程。自控原理與計算機控制實驗平臺提供集成嵌入式自控計控核心模塊、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)、最優(yōu)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。
二、實驗平臺內置嵌入式自控計控核心模塊
1. 核心芯片：HD4000，雙核雙線程/主頻2.4Ghz/睿頻2.6 GHZ,4G內存，支持上電自啟動。
2. 15寸高亮度350cd/m2顯示屏，10點電容觸摸，操作快捷，方便。
3. 提供1個 千兆網(wǎng)口,2個RS232接口,4個 USB接口。
4. 全鋁密封，工控級別防塵，防靜電，抗干擾。
5. 前面板防塵防水，IP65防護等級，有效防止噴濺的水滴和油脂進入。
6. 極速被動散熱，熱量從鋁塊和鋁合金后蓋快速散出，經(jīng)過高低溫箱長時間測試，-10°C~60°C 環(huán)境下穩(wěn)定運行。
7. 核心模塊預裝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)、調試和實驗測量分析于一體，支持匯編源語言級的編程和調試。
8. 核心模塊集成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)設計、系統(tǒng)調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極佳的教學效果。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，可應用于非線性系統(tǒng)的實驗特性研究。
三、開放式的控制實驗平臺
1. 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、單元內的元件選擇都可以多種方式來操作，從而極大地提高了實驗效率。系統(tǒng)允許用戶根據(jù)教學內容來自行設計、開發(fā)相應的實驗項目，并支持大型的課程設計和畢業(yè)設計。
2. 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)校正和設計等方法的實驗研究，也提供了關于線性離散系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng)的實驗研究內容；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。
3. 系統(tǒng)提供的計算機控制實驗內容主要包括：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)字調節(jié)器直接設計方法的實驗研究，從而可使學生對新型智能控制算法有所了解和掌握。
4. 在控制系統(tǒng)應用實驗方面，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)，以得到最好的實時控制效果。
四、系統(tǒng)構成
1. 嵌入式自控計控核心模塊；
2. 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成；
3. 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；
4. 采樣保恃器及單穩(wěn)單元電路；
5. 運算模擬單元電路；
6. 非線性單元電路；
7. 狀態(tài)指示燈單元；
8. D/A0832數(shù)/模轉換單元電路；
9. A/D0809模/數(shù)轉換單元電路；
10. 單節(jié)拍脈沖發(fā)生單元；
11. 電位器單元；
12. －5V電源發(fā)生單元；
13. 驅動單元；
14. 電機單元；
15. 直流電機、步進電機模塊單元；
16. 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。
17. 特殊運算環(huán)節(jié)單元；
18. 可變電阻器組單元；
19. 微型溫度控制單元；
五、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
六、實驗平臺采用復合材料的箱式結構：
1. 箱體采用優(yōu)質鋁合金框架+鋁合金包邊+鐵護角+ABS密度板+優(yōu)雅黑美式大手把。
2. 上下蓋安裝加固強勁支撐合頁，兩邊增加兩個支撐鉸鏈曲手，開合度設置為95度，提供一個完美的操作和顯示視角。
3. 所有合金包角采用柳釘來加固保護，內部鋪設黑色PU面料，箱子美觀，堅固，不易變形。
4. 箱體箱底安裝耐磨墊和保護腳，正面安裝雙安全卡扣鎖。
七、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
11. A/D，D/A轉換
12. 采樣保持器
13. 數(shù)字濾波
14. 積分分離式PID控制
15. 最小拍有紋波系統(tǒng)實驗
16. 最小拍無紋波系統(tǒng)實驗
17. 大林算法控制
18. 非線性控制
19. 解耦控制
20. 綜合控制實驗
（三）控制系統(tǒng)應用
21. 直流電機閉環(huán)調速實驗
22. 溫度閉環(huán)控制實驗
23. 步進電機調速實驗
而計算機控制則是指利用計算機技術對生產過程進行控制，實現(xiàn)生產過程的自動化管理。其核心技術是計算機控制系統(tǒng)，由計算機、傳感器、執(zhí)行器和控制器等構成。計算機作為控制系統(tǒng)的核心，通過對傳感器和執(zhí)行器的信號進行處理，實現(xiàn)對被控制對象的控制。計算機控制技術在工業(yè)生產、交通運輸、醫(yī)療衛(wèi)生、農業(yè)生產等領域都有廣泛的應用。
自動控制原理及計算機控制實驗平臺是一種用于教學和實驗目的的綜合實驗系統(tǒng)。它可以執(zhí)行自動控制原理、計算機控制技術和信號與系統(tǒng)等方面的實驗。這種實驗平臺通常具有以下特點：
模塊化結構：實驗平臺采用模塊化設計，可以根據(jù)需要組合成各種類型的模擬環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)。
控制平臺：實驗平臺可以作為微機控制技術的實驗教學平臺，實現(xiàn)一機多用。
系統(tǒng)組成：實驗平臺包括電源、核心系統(tǒng)（通常采用8088微處理器）和函數(shù)發(fā)生器等功能模塊。
開放性和擴展性：實驗平臺具有很強的開放性和擴展性，可以滿足不同實驗需求。
集成操作軟件：通過PC示波器功能，可以實時觀察控制系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性，方便學生分析和解決問題。
測量儀表：實驗平臺配有各種測量儀表，系統(tǒng)功能完善，實驗內容豐富，能夠有效提高學生實際分析和解決問題的能力。
DB-SD42 自控原理與計算機控制實驗平臺
一、概況
自動控制原理學習是自動化、自動控制、電子技術、電氣技術、精密儀器等專業(yè)教學中的基礎課程。自控原理與計算機控制實驗平臺提供集成嵌入式自控計控核心模塊、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)、最優(yōu)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。
二、實驗平臺內置嵌入式自控計控核心模塊
1. 核心芯片：HD4000，雙核雙線程/主頻2.4Ghz/睿頻2.6 GHZ,4G內存，支持上電自啟動。
2. 15寸高亮度350cd/m2顯示屏，10點電容觸摸，操作快捷，方便。
3. 提供1個 千兆網(wǎng)口,2個RS232接口,4個 USB接口。
4. 全鋁密封，工控級別防塵，防靜電，抗干擾。
5. 前面板防塵防水，IP65防護等級，有效防止噴濺的水滴和油脂進入。
6. 極速被動散熱，熱量從鋁塊和鋁合金后蓋快速散出，經(jīng)過高低溫箱長時間測試，-10°C~60°C 環(huán)境下穩(wěn)定運行。
7. 核心模塊預裝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)、調試和實驗測量分析于一體，支持匯編源語言級的編程和調試。
8. 核心模塊集成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)設計、系統(tǒng)調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極佳的教學效果。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，可應用于非線性系統(tǒng)的實驗特性研究。
三、開放式的控制實驗平臺
1. 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、單元內的元件選擇都可以多種方式來操作，從而極大地提高了實驗效率。系統(tǒng)允許用戶根據(jù)教學內容來自行設計、開發(fā)相應的實驗項目，并支持大型的課程設計和畢業(yè)設計。
2. 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)校正和設計等方法的實驗研究，也提供了關于線性離散系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng)的實驗研究內容；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。
3. 系統(tǒng)提供的計算機控制實驗內容主要包括：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)字調節(jié)器直接設計方法的實驗研究，從而可使學生對新型智能控制算法有所了解和掌握。
4. 在控制系統(tǒng)應用實驗方面，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)，以得到最好的實時控制效果。
四、系統(tǒng)構成
1. 嵌入式自控計控核心模塊；
2. 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成；
3. 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；
4. 采樣保恃器及單穩(wěn)單元電路；
5. 運算模擬單元電路；
6. 非線性單元電路；
7. 狀態(tài)指示燈單元；
8. D/A0832數(shù)/模轉換單元電路；
9. A/D0809模/數(shù)轉換單元電路；
10. 單節(jié)拍脈沖發(fā)生單元；
11. 電位器單元；
12. －5V電源發(fā)生單元；
13. 驅動單元；
14. 電機單元；
15. 直流電機、步進電機模塊單元；
16. 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。
17. 特殊運算環(huán)節(jié)單元；
18. 可變電阻器組單元；
19. 微型溫度控制單元；
五、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
六、實驗平臺采用復合材料的箱式結構：
1. 箱體采用優(yōu)質鋁合金框架+鋁合金包邊+鐵護角+ABS密度板+優(yōu)雅黑美式大手把。
2. 上下蓋安裝加固強勁支撐合頁，兩邊增加兩個支撐鉸鏈曲手，開合度設置為95度，提供一個完美的操作和顯示視角。
3. 所有合金包角采用柳釘來加固保護，內部鋪設黑色PU面料，箱子美觀，堅固，不易變形。
4. 箱體箱底安裝耐磨墊和保護腳，正面安裝雙安全卡扣鎖。
七、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
11. A/D，D/A轉換
12. 采樣保持器
13. 數(shù)字濾波
14. 積分分離式PID控制
15. 最小拍有紋波系統(tǒng)實驗
16. 最小拍無紋波系統(tǒng)實驗
17. 大林算法控制
18. 非線性控制
19. 解耦控制
20. 綜合控制實驗
（三）控制系統(tǒng)應用
21. 直流電機閉環(huán)調速實驗
22. 溫度閉環(huán)控制實驗
23. 步進電機調速實驗