自控原理与计算机控制实验系统

ZN-08E自控原理与计算机控制实验系统
一、概况
自动控制原理学习是自动化、自动控制、电子技术、电气技术、精密仪器等专业教学中的基础课程。系统提供集成操作软件，通过虚拟PC示波器功能可实时、清晰的观察控制系统的各项静、动态特性，方便了对模拟控制系统特性的研究。微型温度控制单元可以代替烤箱进行温度控制实验，加上系统配置的直流电机、步进电机等控制对象，可开设控制系统课程的实验。该系统还可扩展支持如线性系统、优控制、系统辨识及计算机控制等现代控制理论的模拟实验研究。
二、功能特点：
1．高性能的嵌入式控制计算机
系统采用Intel 8088作为系统的控制计算机，Intel 8088是INTEL公司推出的16位处理器，是面向嵌入式工业应用而设计、开发的，其与许多常用接口如8259、8253、串口等芯片配合使用，并可扩展程序和数据存储器，满足于复杂的计算机控制和应用的要求。从而使计算机控制的实验教学可以达到更高的水平。
2.开放式的控制实验平台
实验平台中具有各种典型信号源（阶跃信号、方波信号、斜波信号、抛物波信号、正弦波信号）、模拟对象（八组运放单元）、实际对象（步进电机、直流电机、温度控制）等单元。各单元之间的电路连接、单元内的元件选择都可以多种方式来操作，从而极大地提高了实验效率。系统允许用户根据教学内容来自行设计、开发相应的实验项目，并支持大型的课程设计和毕业设计。
3．先进的虚拟仪器功能
系统提供了一组先进的虚拟仪器功能，为用户创造了集控制系统设计、电路构造、系统调试和测试分析诸功能一体化的实验环境，具有很高的性价比和极佳的教学效果。其主要性能指标如下：
(1)双踪超低频数字存储示波器：具有实时测量和显示、波形回放、游标测 量、波形存贮等功能。
(2) 频率特性分析仪：可显示系统各频率点的时域相应波形并进行分析，以半自动扫频测量方式进行测量，测量完毕后即可产生极坐标图和波特图，由此显示出系统的频率特性，同时还具有图形保存功能。
(3) X_Y测量：将两路测量信号以X_Y坐标的形式显示，具有波形刷新和波形存贮功能，可应用于非线性系统的实验特性研究。
4．源语言级集成开发环境
系统为嵌入式控制计算机配有高度可视化的源语言级集成开发环境，集控制程序开发、调试和实验测量分析于一体，支持汇编源语言级的编程和调试。
5．新型控制实验教学内容
系统所支持的控制实验是按照二十一世纪新自动控制和计算机控制教学体系和内容来配备的，其内容由浅入深，层次分明。
自动控制原理实验方面，系统提供了包括线性控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法以及系统校正和设计等方法的实验研究，也提供了关于线性离散系统、非线性控制系统的实验研究内容；另外对于现代控制理论的教学，提供了状态空间分析实验。
系统提供的计算机控制实验内容主要包括：过程通道和数据采集处理、系统的数字程序控制、数字PID闭环控制、数字调节器直接设计方法的实验研究，从而可使学生对新型智能控制算法有所了解和掌握。在控制系统应用实验方面，系统提供了直流电机(快速)和温度控制(慢速)两种实验对象，以构成不同的闭环系统，从而可选择不同的控制策略或控制参数，以得到*好的实时控制效果。
三、系统构成
（1）系统由各单元电路、8088CPU控制单元和PC机进行通讯的串口构成；
（2）信号源发生单元电路：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；
（3）采样保恃器及单稳单元电路；
（4）运算模拟单元电路；
（5）非线性单元电路；
（6）状态指示灯单元；
（7）D/A0832数/模转换单元电路；
（8）A/D0809模/数转换单元电路；
（9）单节拍脉冲发生单元；
（10）电位器单元；
（11）－5V电源发生单元；
（12）驱动单元；
（13）电机单元；
（14）直流电机、步进电机模块单元；
（15）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。
（16）特殊运算环节单元；
（17）可变电阻器组单元；
（18）微型温度控制单元；
四、电源参数
1、输入电压：220V ±10%
2、输出电压/电流：+5V/2A，+l2V/0.2A，-l2V/0.2A
实验项目
（一）自动控制原理 实验项目
1、典型环节的模拟研究
2、典型系统瞬态响应和稳定性
3、系统校正
4、控制系统的频率特性
5、典型非线性环节
6、非线性系统（一）
7、非线性系统（二）
8、采样系统分析
9、采样控制系统的校正
10、态反馈（极点配置）
（二）计算机控制技术
1、A/D，D/A转换
2、采样保持器
3、数字滤波
4、积分分离式PID控制
5、小拍有纹波系统实验
6、小拍无纹波系统实验
7、大林算法控制
8、非线性控制
9、解耦控制
10、综合控制实验
（三）控制系统应用
1.直流电机闭环调速实验
2.温度闭环控制实验
3.步进电机调速实验