自动控制.计算机控制技术.信号与系统综合实验装置

自动控制.计算机控制技术.信号与系统综合实验装置

本实验装置集自动控制、计算机控制技术、信号与系统三大实验项目于一体，实现了诸多优势。它具备一机多用的功能特点，能够有效地节省资源，并且使用效益十分显著。在自动控制原理这部分，装置有着很强的开放性能以及扩展性能。运算模拟单元配备了八个运放，每个运算模拟单元内部都配置了实验所需的电阻、电容等元件，通过短路块和导线可以灵活且便捷地对实验单元电路进行组合，能够构造出各种不同型式和阶次的模拟环节以及控制系统。从运算模拟单元独立出来的可变电阻器组单元，具有连续的档位、高调节精度以及灵活多变的接线方式，完全可以满足自动控制原理实验教学方面的要求。

本装置集成了操作软件，借助 PC 示波器功能，用户可以实时且清晰地观察到控制系统的各项静、动态特性，这极大地便利了对模拟控制系统特性的研究工作。微型温度控制单元可以替代烤箱进行温度控制实验，再加上系统配置的直流电机、步进电机等控制对象，能够开展控制系统课程的相关实验。此外，该系统还支持扩展，可用于诸如线性系统、最优控制、系统辨识以及计算机控制等现代控制理论的模拟实验研究。

信号与系统及数字信号处理部分是由公司开发人员运用先进的技术手段，专门为《信号与系统》（“九五” 国家级重点教材、清华大学郑君理等编制）课程设计而成的。它为信号的频域、时域分析提供了实验手段，并且增加了数字信号处理功能。可以进行阶跃响应与冲激响应的时域分析、连续时间系统的模拟、抽样定理与信号恢复的分析与研究、一阶、二阶电路的暂态响应、二阶网络状态轨迹显示等实验，同时还能够借助 DSP 技术实现信号频谱的分析与研究、信号的分解与合成的分析与实验等。所采用的 DSP 数字信号处理新技术，能够将模拟电路难以实现或者实验结果不理想的 “信号分解与合成”“信号卷积” 等实验准确地演示出来，并且可以生动地验证理论结果。通过该技术，用户可以系统地了解并比较各种模拟滤波器（无源、有源）和数字滤波器的性能及特性，并且学会数字滤波器的设计与实现。装置配有 DSP 标准的 JTAG 插口以及 DSP 同主机 PC 机的通信接口，这样学生就可以在公司提供的软件基础上方便地进行二次开发（可用仿真器或不用仿真器），完成诸如各种数字滤波器设计、频谱分析、卷积、A/D 转换、D/A 转换、DSP 定时器的使用、DSP 基本 I/O 口使用等数字信号处理、DSP 应用方面的实验。装置还内置了信号源、频率计、毫伏表、数字存储示波器（含数据采集）等设备。

一、技术指标

1. 工作电源：交流 220V±10%。

2. 工作环境：温度 - 10℃～+40℃，相对湿度＜85%（25℃）。

3. 整机容量：＜500KVA。

4. 重量：150㎏。

二、系统构成

（1）自控原理与计算机控制部分：由各单元电路、8088CPU 控制单元以及用于和 PC 机进行通讯的串口构成，并且采用 USB 采集数据。信号源发生单元电路能够产生正弦波、方波、斜波及抛物波，信号周期在 2 毫秒至 30 秒之间可调。采样保持器及单稳单元电路则由 LF398 及 HEF4538 等器件构成。运算模拟单元电路、非线性用单元电路、状态指示灯单元、数 / 模转换单元电路、AD0832 模 / 数转换单元电路、AD0809 单节拍脉冲发生单元、电位器单元、电源发生单元（+5V/2A，+12V/0.2A，-12V/0.2A）、电机单元（直流电机、步进电机）、信号测量单元（采用 PC 软件实现双踪示波器、频率特性分析等功能）、特殊运算环节单元、可变电阻器组单元、微型温度控制单元以及相应的电源（+5V/2A，-5V/0.5A，+12V/0.5A，-12V/0.5A）等构成了完整的系统。频率计可测量的信号频率范围是 0～300KHz；毫伏表可测量的信号频率范围是 0～100KHz，可测量的信号幅值范围是 1mV～10V；信号源则可产生正弦波、三角波、方形波三种波形，其幅值（峰峰值）和频率都有多档可调。

三、实验项目

（1）计算机控制技术实验项目涵盖了 A/D，D/A 转换、采样保持器、数字滤波、积分分离式 PID 控制、最小拍有纹波系统实验、最小拍无纹波系统实验、大林算法控制、非线性控制、解耦控制以及综合控制实验等。

（2）自动控制原理实验项目包括典型环节的模拟研究、典型系统瞬态响应和稳定性、系统校正、控制系统的频率特性、典型非线性环节、非线性系统（一）、非线性系统（二）、采样系统分析、采样控制系统的校正、状态反馈（极点配置）等。

（3）控制系统实验项目则有直流电机闭环调速实验、温度闭环控制实验、步进电机调速实验等。

（3）信号与系统及数字信号处理平台的实验项目丰富多样，包括基本运算单元实验（单元电路、信号源、频率计、电压表）、阶跃响应与冲激响应实验、连续系统的模拟实验、模拟滤波器实验（无源、有源、低通、高通、带通、带阻）、抽样定理实验、二阶网络状态轨迹实验、一阶电路暂态响应实验、二阶电路暂态响应实验、二阶电路传输特性实验、信号卷积实验、矩形信号的分解实验、矩形信号的合成实验、幅度对信号合成的影响、相位对信号合成的影响、锯齿波信号的分解 / 合成、信号的调制与解调实验、信号的频谱分析、频分与复用实验、DSP 应用实验、DSP 数字信号处理单元实验、数字滤波器实验（低通、高通、带通、带阻）、八阶高通、低通滤波器（巴特沃斯）实验、各种模拟、数字滤波器性能比较实验、主机接口与二次开发区、CPLD 编程开放模块等。