開啟自控原理與計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)訓(xùn)之旅!
2024-06-21 04:53
在硬件方面，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可能包含傳感器、執(zhí)行器、控制器等實(shí)際物理對象，以及用于數(shù)據(jù)采集、處理和顯示的設(shè)備。這些硬件組件使得實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠模擬真實(shí)的控制系統(tǒng)環(huán)境，從而使學(xué)生能夠更直觀地理解自控原理與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。
在軟件方面，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通常配備先進(jìn)的控制算法和計(jì)算機(jī)程序，用于實(shí)現(xiàn)對被控對象的精確控制。這些軟件工具可以幫助學(xué)生理解控制策略的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程，并允許他們通過編程和仿真來驗(yàn)證和優(yōu)化控制算法。
此外，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還通常配備豐富的實(shí)驗(yàn)教程和案例，這些教程和案例涵蓋了從基礎(chǔ)到高級(jí)的自控原理和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的各個(gè)方面。通過完成這些實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以逐步掌握控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析和實(shí)現(xiàn)技能，并培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力。
自控原理與計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的應(yīng)用范圍廣泛，可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、航空航天、交通運(yùn)輸、智能家居、醫(yī)療設(shè)備、環(huán)保監(jiān)測等領(lǐng)域。它不僅可以用于教學(xué)，還可以用于科研和開發(fā)，為研究人員提供一個(gè)靈活、可配置的測試平臺(tái)，用于探索新的控制策略和算法。
總的來說，自控原理與計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是一個(gè)強(qiáng)大的工具，它為學(xué)生和研究人員提供了一個(gè)深入學(xué)習(xí)和實(shí)踐自控原理與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的機(jī)會(huì)，有助于推動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
一、概況
自動(dòng)控制原理學(xué)習(xí)是自動(dòng)化、自動(dòng)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。自控原理與計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供集成嵌入式自控計(jì)控核心模塊、操作軟件，通過虛擬PC示波器功能可實(shí)時(shí)、清晰的觀察控制系統(tǒng)的各項(xiàng)靜、動(dòng)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(jìn)行溫度控制實(shí)驗(yàn)，加上系統(tǒng)配置的直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等控制對象，可開設(shè)控制系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn)。該系統(tǒng)還可擴(kuò)展支持如線性系統(tǒng)、最優(yōu)控制、系統(tǒng)辨識(shí)及計(jì)算機(jī)控制等現(xiàn)代控制理論的模擬實(shí)驗(yàn)研究。
二、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)置嵌入式自控計(jì)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(nèi)存，支持上電自啟動(dòng)。
2. 15寸高亮度350cd/m2顯示屏，10點(diǎn)電容觸摸，操作快捷，方便。
3. 提供1個(gè) 千兆網(wǎng)口,2個(gè)RS232接口,4個(gè) USB接口。
4. 全鋁密封，工控級(jí)別防塵，防靜電，抗干擾。
5. 前面板防塵防水，IP65防護(hù)等級(jí)，有效防止噴濺的水滴和油脂進(jìn)入。
6. 極速被動(dòng)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(shí)間測試，-10°C~60°C 環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。
7. 核心模塊預(yù)裝有高度可視化的源語言級(jí)集成開發(fā)環(huán)境，集控制程序開發(fā)、調(diào)試和實(shí)驗(yàn)測量分析于一體，支持匯編源語言級(jí)的編程和調(diào)試。
8. 核心模塊集成提供了一組先進(jìn)的虛擬儀器功能，為用戶創(chuàng)造了集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試和測試分析諸功能一體化的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，具有很高的性價(jià)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(chǔ)示波器：具有實(shí)時(shí)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(diǎn)的時(shí)域相應(yīng)波形并進(jìn)行分析，以半自動(dòng)掃頻測量方式進(jìn)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(shí)還具有圖形保存功能。
3) X_Y測量：將兩路測量信號(hào)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(shí)驗(yàn)特性研究。
三、開放式的控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
1. 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中具有各種典型信號(hào)源（階躍信號(hào)、方波信號(hào)、斜波信號(hào)、拋物波信號(hào)、正弦波信號(hào)）、模擬對象（八組運(yùn)放單元）、實(shí)際對象（步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、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(shí)驗(yàn)效率。系統(tǒng)允許用戶根據(jù)教學(xué)內(nèi)容來自行設(shè)計(jì)、開發(fā)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并支持大型的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。
2. 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)方面，系統(tǒng)提供了包括線性控制系統(tǒng)的時(shí)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(jì)等方法的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。
3. 系統(tǒng)提供的計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)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(jì)方法的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方面，系統(tǒng)提供了直流電機(jī)(快速)和溫度控制(慢速)兩種實(shí)驗(yàn)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(shí)時(shí)控制效果。
四、系統(tǒng)構(gòu)成
1. 嵌入式自控計(jì)控核心模塊；
2. 系統(tǒng)由各單元電路、8088CPU控制單元和PC機(jī)進(jìn)行通訊的串口構(gòu)成；
3. 信號(hào)源發(fā)生單元電路：正弦波、方波、斜波及拋物波，信號(hào)周期在2毫秒至30秒之間可調(diào)；
4. 采樣保恃器及單穩(wěn)單元電路；
5. 運(yùn)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(zhuǎn)換單元電路；
9. A/D0809模/數(shù)轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)單元；
14. 電機(jī)單元；
15. 直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)模塊單元；
16. 信號(hào)測量單元： 采用PC軟件實(shí)現(xiàn)雙蹤示波器、頻率特性分析等功能。
17. 特殊運(yùn)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(hù)角+ABS密度板+優(yōu)雅黑美式大手把。
2. 上下蓋安裝加固強(qiáng)勁支撐合頁，兩邊增加兩個(gè)支撐鉸鏈曲手，開合度設(shè)置為95度，提供一個(gè)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(hù)，內(nèi)部鋪設(shè)黑色PU面料，箱子美觀，堅(jiān)固，不易變形。
4. 箱體箱底安裝耐磨墊和保護(hù)腳，正面安裝雙安全卡扣鎖。
七、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
（一）自動(dòng)控制原理 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(diǎn)配置）
（二）計(jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)
16. 最小拍無紋波系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
17. 大林算法控制
18. 非線性控制
19. 解耦控制
20. 綜合控制實(shí)驗(yàn)
（三）控制系統(tǒng)應(yīng)用
21. 直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)
22. 溫度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)
23. 步進(jìn)電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)