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产品名称:

自控原理/计算机控制多功能实验装置

概要信息
自控原理、计算机控制等课程是自动化及相关专业的重要的专业基础课,理论性较强,较抽象,学生学习掌握有一定的难度,因此实验教学环节效果的好坏对学生牢固掌握课堂理论知识,提高课程的教学质量起着非常重要的作用,我们研制的这种新型实验装置,将传统的实验方法与计算机结合起来,不仅使操作更灵活方便,实验内容更丰富,分析手段更科学化,而且明显提高了学生的学习兴趣。
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产品描述

一、概述

自控原理、计算机控制等课程是自动化及相关专业的重要的专业基础课,理论性较强,较抽象,学生学习掌握有一定的难度,因此实验教学环节效果的好坏对学生牢固掌握课堂理论知识,提高课程的教学质量起着非常重要的作用,我们研制的这种新型实验装置,将传统的实验方法与计算机结合起来,不仅使操作更灵活方便,实验内容更丰富,分析手段更科学化,而且明显提高了学生的学习兴趣。

二、主要组成

实验装置的结构图如图1所示,该系统中由计算机通过串口或USB接口与自制的A/D、D/A接口板实现信号发生器、示波器的功能,实验时不用打开机箱,使用非常方便,本系统充分发挥了计算机的优势,由计算机完成实验数据的采集、存储和计算处理,在实验时就可以将实验结果与理论分析值进行对比,提高了实验效率,配套实验软件人机界面非常友好,操作简便,实验数据可导入Matlab进行分析,显著增强了实验效果。本实验装置还具有实验方案配置灵活、便于扩展其他实验等优点,由于计算机在不做实验时也可被充分利用,实际上也节约了设备投资。

 

图1  新型自控/计控实验系统结构图

三、特点

1、A/D、D/A接口板采用SOC型单片机C8051F020,集成度高,板上拥有2路DA,8路AD,精度为12位,范围-5V至+5V,通过串口或USB接口与计算机相连,数据传输速度达到115200bps。

2、在同一硬件平台上开发了自控原理/计算机控制/虚拟仪器等多个系列的多套实验软件,形成了包括自控原理仿真、自控原理实验、数字PID实验、直接数字控制器设计、数据记录、数据回放等软件组成的软件包,功能非常强大。

  • 自控原理部分:

开发有自控原理实验仿真软件,在实际操作之前可先进行理论仿真,实验后可将实测结果与理论值进行对比分析,加深理解。

信号发生器部分的设计具有超乎寻常的强大功能及灵活性,真正实现2路DA的同时使用,可发出阶跃、斜坡、抛物线、正弦、方波、三角、锯齿、随机等多种信号且幅值、频率、极性、初始相位可调,2路DA之间相位可调、可叠加。

AD信号可选择显示的方式(正反、颜色、线宽、打点划线等),可实现连续采集(只受硬盘容量限制),

具有长余辉X-Y与短余辉X-Y显示方式。

实验数据可生成数据文件导入Matlab进行分析,显著增强了实验效果。

可自动进行频率特性分析,生成60组数据,自动绘制波特图、奈氏图。

  • 计算机控制部分:

  信号给定方式多样,可选阶跃、斜坡、抛物线、正弦、方波、三角、锯齿、电位器给定多种方式且幅值、频率、极性可调。

  可实现多个PID调节器的串级控制实验,可进行电流、转速、位置三闭环控制的模拟实验。

  可进行四种算法的单神经元自适应PID控制实验,所有控制算法均不需编程。

  AD信号可选择显示的方式(正反、颜色、线宽、打点划线等),可实现连续采集(只受硬盘容量限制)。

  • 虚拟仪器部分:

  可实现数据采集、存储、回放等功能。

3、本实验装置通过开放通信协议,提供多种例程,实现了一机多用,非常适合自动化及相关专业开展实验室开放、课程设计、电子竞赛训练、毕业设计等教学内容。

4、使用方便,在界面设计方面,特别注意了易操作性,自控原理、计算机控制、虚拟仪器等多套软件共用同一套硬件,具有相同的界面风格,部分程序界面如图2所示,其中参数设置在动态加入的窗体中完成,波形显示在一个图片框控件上完成,图片框上方显示X-Y坐标值和时间值,工具栏上的三个按键分别是启动、暂停和停止,同时包括接口测试程序,学生不需专门的学习过程即可使用。

5、实时显示速度快,软件采用了特别的加速技术,实现了数据曲线的高速实时显示,不需数据拟合处理,非常适用于实验教学。

6、该实验平台采用开放性设计,可充分满足教师学生自主开发设计型、创新性实验的需要。

7、性能可靠,本产品设计先进,能够适应实验教学中经常出现的各种错误接线、错误操作等情况,经用户长时间使用,从未出现任何影响使用的故障,真正实现零维护。为保证客户利益,我们对本产品实行1年保修,终身维护。

 

 

 

 

 

图2 部分程序界面

四、实验内容:

自控原理部分:

实验一    典型环节及其阶跃响应

实验二    二阶系统阶跃响应

实验三    控制系统的稳定性分析

实验四    系统稳态误差分析

实验五    系统频率特性实验

实验六    系统校正

实验七    相平面法分析非线性系统

实验八    采样系统分析

实验九    状态反馈

实验十    二次型最优控制器设计

 

计算机控制部分:

实验一    D/A模数转换实验

实验二    A/D数模转换实验

实验三    采样与保持实验

实验四    平滑与数字滤波实验

实验五    模拟PID控制实验

实验六    数字PID控制实验

实验七    单神经元自适应PID控制系统实验

实验八    最少拍控制系统实验

实验九    大林算法实验

实验十    双闭环直流调速系统课程设计

虚拟仪器部分:

可实现多通道数据采集、存储、回放等功能。

开放实验、毕业设计部分:

(1)开展模拟量输入输出、数字量输入输出、人机界面设计、温度测量等常规单片机程序设计;

(2)开发单片机与各种主流软件平台的串行通信协议以及MODBUS等多种通信协议;

(3)基于各种主流软件平台的上位机监控程序设计;

(4)PID等智能控制算法的实现及智能仪器开发。

以上内容均应开放通信协议并提供相应例程。

   

 

  

 

  

图3 部分实验效果

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