自动控制/计算机控制实验系统

自动控制/计算机控制实验系统

一、系统概述

自动控制/计算机控制实验系统是一种多功能教学实验平台，采用模块化结构设计，能够构造各种型式和阶次的模拟环节与控制系统。这种自控/计控二合一的教学实验系统支持自动控制原理和计算机控制技术两类实验内容，实现了一机多用的教学目标。

该系统广泛应用于自动化、电气工程及其自动化、电子信息工程等专业的实验教学中，为学生提供全面的实践训练平台。通过此系统，学生可以巩固自动控制原理知识，培养实践动手能力和创新思维。

二、硬件技术指标详解

1. 基本结构

自动控制/计算机控制实验系统采用铝木合金箱体，由开关电源和系统主板组成，外形尺寸通常为430×330×100mm，具有结构紧凑、携带方便的特点。

2. 电源系统

系统提供多路稳定电源输出：±5V/2A、±12V/0.5A，所有电源均具备接反和短路保护功能，确保实验安全进行。

3. 核心控制部件

系统采用微处理器8088作为核心控制部件，用于计算机控制技术实验。与计算机的通信采用USB接口方式，方便快捷。

4. 信号发生与测量单元

• 信号发生器：提供低频信号发生器（斜波、阶跃、抛物线），信号宽度2ms～6s可调；正弦波、方波发生器，频率范围0.2Hz～400Hz

• 虚拟示波器单元：提供2路模拟信号输入，可衰减5倍、10倍或不衰减，能测量各种响应曲线，幅频特性、相频特性曲线等

• 阶跃信号发生器：产生0V到+5V或-5V到+5V的跳跃信号

5. 转换与处理单元

• A/D转换：8路8位A/D模数转换器，其中6路0～+5V，2路-5V～+5V

• D/A转换：8位一路D/A数模转换器，输出模拟电压0～+5V、-5V～+5V

• 运算放大器：六个运算单元可自由组合成多级放大电路

6. 控制对象单元

系统提供多种实际控制对象，包括步进电机控制与驱动单元、直流电机测速与调速控制单元以及独立式温度测量控制模块，可实现闭环控制实验。

三、软件技术指标

1. 系统兼容性

软件支持Windows系列操作系统，包括WIN9X/2000/XP，具有良好的平台适应性。

2. 调试软件功能

• 多语言支持：支持汇编语言ASM和C语言，便于移植各种基于C语言的自控算法

• 一体化操作：编译连接下载一步完成，错误显示定位，方便操作

• 虚拟示波器：计算机控制综合实验用虚拟示波器观察实验结果，参数调整方便

3. 虚拟示波器特性

• 双通道存储：真正的高速双通道存储虚拟示波器，可切换为单通道提高采样率

• 多种显示方式：支持实时X-Y示波器，自动同步显示功能

• 存储分析功能：可存储/载入/分析历史波形，保存波形文件和图片文件

四、实验项目详述

（一）自动控制原理实验项目

自动控制/计算机控制实验系统支持完整的自动控制原理实验，包括典型环节的模拟研究、典型系统瞬态响应和稳定性分析、系统校正方法研究、控制系统频率特性测试等内容。

具体实验项目包括：

1. 线性系统时域分析：典型环节模拟研究，二阶系统瞬态响应和稳定性分析

2. 线性控制系统频域分析：惯性环节频率特性曲线，二阶闭环和开环系统频率特性曲线

3. 非线性系统相平面分析：典型非线性环节研究，二阶和三阶非线性控制系统分析

4. 系统校正与状态反馈：频域法串联校正，状态反馈及极点配置

（二）计算机控制技术实验项目

在计算机控制技术方面，该实验系统提供全面的计算机控制实验内容：

1. 基础接口实验：数/模转换D/A实验，模/数转换A/D实验

2. 信号处理实验：采样保持器，平滑与数字滤波

3. 控制算法实验：数字PID控制实验，最小拍控制系统，大林算法实验

4. 高级控制实验：数字PID控制（位置型、增量型、积分分离等），串级PID控制，前馈-反馈控制

（三）综合控制实验项目

自动控制/计算机控制实验系统还提供综合性的控制实验，将理论知识与实际应用相结合：

1. 直流电机闭环调速实验：实现电机的PID转速数字闭环控制

2. 温度控制实验：包括增量型PID闭环控制、PWM方式PID闭环控制等

3. 步进电机控制实验：实现步进电机转速数字四相四拍、四相八拍方式工作

五、实验室配置方案

为了充分发挥自动控制/计算机控制实验系统的教学功能，以下是推荐的实验室配置方案：