一、概況
自動控制原理學(xué)習(xí)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(xué)中的基礎(chǔ)課程。系統(tǒng)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(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)、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(nèi)置嵌入式自控計控核心模塊
1. 內(nèi)置windows系統(tǒng)
2. 模塊安裝自恢復(fù)還原系統(tǒng)，可有效防止病毒感染，安全穩(wěn)定。
3. 模塊標(biāo)配藍牙無線鼠標(biāo)和鍵盤，方便用戶操作控制和編程。
4. 模塊無需外配電腦，即可完成實驗平臺所有實驗項目。
5. 核心模塊預(yù)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(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。

6. 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(shè)計、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極佳的教學(xué)效果。其主要性能指標(biāo)如下：

1) 雙蹤超低頻數(shù)字存儲示波器：具有實時測量和顯示、波形回放、游標(biāo)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(biāo)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(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)的實驗特性研究。

三、單容液位控制系統(tǒng)
1. 采用工業(yè)級全鋁合金框架結(jié)構(gòu),非鈑金加工。鋁合金規(guī)格30*30mm。
2. 整體尺寸: 520×200×660 mm
3. 由有機玻璃水箱，水槽、水泵、和液位壓力傳感器、控制閥門、水管、24V開關(guān)電源等部件組成。
（1）水箱，水槽：采用7mm厚度透明有機玻璃材料，水箱正面標(biāo)有水位標(biāo)尺，內(nèi)部有設(shè)有緩沖槽。
（2）水泵：直流24V，直流無刷，磁力驅(qū)動，可調(diào)速控制流量;靜態(tài)楊程6米;最大流量960L/H;工作壽命大于20000小時;具有缺水自動保護功能;防護等級：IP68。
（3）液位壓力傳感器：
全封閉式電路，具有防潮、防結(jié)露、防滲漏功能;測量形式及范圍 0～1～200mH2O
允許過載：2倍滿量程壓力
工作溫度：-20～80℃
溫度補償：-10～70℃
存儲溫度：-40～80℃
輸出信號：（0～5)V三線制
供電電源：15～36 VDC(標(biāo)定電壓24VDC)
外殼材料：304不銹鋼O型圈氟橡膠
電    纜：專用防水透氣電纜
防護等級：IP68(壓力傳感器部分)
（4）開關(guān)電源：配置高性能DC24V/1.5A開關(guān)電源

四、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(nèi)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(xué)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。
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(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(xué)，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(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(xué)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(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)，以得到最好的實時控制效果。

五、系統(tǒng)構(gòu)成
1. 嵌入式自控計控核心模塊；
2. 單容液位控制系統(tǒng)；
3. 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；
4. 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)；
5. 采樣保恃器及單穩(wěn)單元電路；
6. 運算模擬單元電路；
7. 非線性單元電路；
8. 狀態(tài)指示燈單元；
9. D/A0832數(shù)/模轉(zhuǎn)換單元電路；
10. A/D0809模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元電路；
11. 單節(jié)拍脈沖發(fā)生單元；
12. 電位器單元；
13. －5V電源發(fā)生單元；
14. 驅(qū)動單元；
15. 電機單元；
16. 直流電機、步進電機模塊單元；
17. 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。
18. 特殊運算環(huán)節(jié)單元；
19. 可變電阻器組單元；
20. 微型溫度控制單元；

六、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

七、實驗平臺采用復(fù)合材料的箱式結(jié)構(gòu)：
1. 箱體采用優(yōu)質(zhì)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(shè)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(nèi)部鋪設(shè)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。

八、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)
11. A/D，D/A轉(zhuǎn)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(yīng)用
21. 直流電機閉環(huán)調(diào)速實驗
22. 溫度閉環(huán)控制實驗
23. 步進電機調(diào)速實驗

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SG-ATC216 自控原理與計算機控制實驗平臺