自动控制原理计算机控制实验箱，自控与计控实验平台
2024-05-06 06:49自动控制原理和计算机控制技术是自动化领域的两个重要组成部分，它们分别代表了控制系统的基础理论和现代实施方法。
自动控制原理 是指研究自动控制系统的行为、特性、设计方法和改进策略的学科。它涉及对系统模型的建立、分析和综合，以确保系统的稳定性、响应速度、准确性和鲁棒性等方面满足预定的要求。自动控制原理的核心内容包括：
系统模型的建立，如传递函数、状态空间模型等。
稳定性分析，如劳斯-赫尔维茨判据、奈奎斯特稳定判据等。
性能指标分析，如上升时间、峰值时间、调整时间等。
控制系统的设计，如PID控制、最优控制、鲁棒控制等。
计算机控制技术 是利用计算机对过程或设备进行自动控制的技术。计算机控制技术包括以下几个方面：
过程控制，如闭环控制、前馈控制、解耦控制等。
控制算法的开发和实施，如数字PID控制算法、预测控制算法等。
控制系统仿真，利用仿真软件对控制系统进行建模和分析。
控制系统硬件和软件的设计，如PLC编程、DCS系统设计等。
在实际应用中，自动控制原理和计算机控制技术是紧密结合的。计算机控制技术利用自动控制原理提供的理论基础来设计和分析控制系统，而自动控制原理则通过计算机来实现复杂的控制算法和策略。随着计算机技术的快速发展，现代控制系统越来越多地采用计算机控制技术，以实现更为复杂和精密的控制任务。
自动控制原理计算机控制实验箱是一种专门用于自动控制原理实验和计算机控制实验的教学设备。它结合了自动控制理论、计算机技术和电子技术，为学生提供了一个直观、实践的学习环境，以便更深入地理解和掌握自动控制系统的原理、设计和应用。
该实验箱由以下几个部分组成：
硬件平台：包括各种传感器、执行器、接口电路、信号调理电路等，用于构建实际的控制系统。这些硬件部件可以模拟各种实际的控制对象，如温度控制系统、电机控制系统等。
计算机控制系统：这是实验箱的核心部分，由计算机、数据采集卡、控制算法软件等组成。计算机通过数据采集卡获取传感器的信号，然后运行控制算法软件对信号进行处理，生成控制信号并通过接口电路发送给执行器。
软件平台：包括实验箱的控制软件、编程环境、仿真软件等。这些软件用于编写控制程序、设置实验参数、显示实验数据等。
使用自动控制原理计算机控制实验箱进行实验，学生可以：
学习和掌握自动控制系统的基本原理和设计方法。
通过实验验证理论知识的正确性，加深对自动控制系统的理解。
学习和掌握计算机控制系统的设计和实现方法，了解计算机在控制系统中的作用。
学习和掌握控制算法的设计和实现方法，如PID控制、模糊控制等。
培养学生的动手能力和创新精神，提高解决实际问题的能力。
此外，自动控制原理计算机控制实验箱还具有以下特点：
开放性：实验箱的设计具有开放性，学生可以根据自己的需要灵活搭建实验系统。
灵活性：实验箱支持多种传感器和执行器，可以模拟多种不同的控制对象。
安全性：实验箱具有完善的安全保护措施，确保实验过程的安全可靠。
易用性：实验箱的操作简单易懂，学生可以快速上手进行实验。
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。自控原理与计算机控制实验平台提供集成嵌入式自控计控核心模块、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、最优控制、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、实验平台内置嵌入式自控计控核心模块
1. 核心芯片：HD4000，双核双线程/主频2.4Ghz/睿频2.6 GHZ,4G内存，支持上电自启动。
2. 15寸高亮度350cd/m2显示屏，10点电容触摸，操作快捷，方便。
3. 提供1个 千兆网口,2个RS232接口,4个 USB接口。
4. 全铝密封，工控级别防尘，防静电，抗干扰。
5. 前面板防尘防水，IP65防护等级，有效防止喷溅的水滴和油脂进入。
6. 极速被动散热，热量从铝块和铝合金后盖快速散出，经过高低温箱长时间测试，-10°C~60°C 环境下稳定运行。
7. 核心模块预装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。
8. 核心模块集成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、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。
三、开放式的控制实验平台
1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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，以得到最好的实时控制效果。
四、系统构成
1. 嵌入式自控计控核心模块；
2. 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；
3. 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；
4. 采样保恃器及单稳单元电路；
5. 运算模拟单元电路；
6. 非线性单元电路；
7. 状态指示灯单元；
8. D/A0832数/模转换单元电路；
9. A/D0809模/数转换单元电路；
10. 单节拍脉冲发生单元；
11. 电位器单元；
12. －5V电源发生单元；
13. 驱动单元；
14. 电机单元；
15. 直流电机、步进电机模块单元；
16. 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。
17. 特殊运算环节单元；
18. 可变电阻器组单元；
19. 微型温度控制单元；
五、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
六、实验平台采用复合材料的箱式结构：
1. 箱体采用优质铝合金框架+铝合金包边+铁护角+ABS密度板+优雅黑美式大手把。
2. 上下盖安装加固强劲支撑合页，两边增加两个支撑铰链曲手，开合度设置为95度，提供一个完美的操作和显示视角。
3. 所有合金包角采用柳钉来加固保护，内部铺设黑色PU面料，箱子美观，坚固，不易变形。
4. 箱体箱底安装耐磨垫和保护脚，正面安装双安全卡扣锁。
七、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
11. A/D，D/A转换
12. 采样保持器
13. 数字滤波
14. 积分分离式PID控制
15. 最小拍有纹波系统实验
16. 最小拍无纹波系统实验
17. 大林算法控制
18. 非线性控制
19. 解耦控制
20. 综合控制实验
（三）控制系统应用
21. 直流电机闭环调速实验
22. 温度闭环控制实验
23. 步进电机调速实验
自动控制原理 是指研究自动控制系统的行为、特性、设计方法和改进策略的学科。它涉及对系统模型的建立、分析和综合，以确保系统的稳定性、响应速度、准确性和鲁棒性等方面满足预定的要求。自动控制原理的核心内容包括：
系统模型的建立，如传递函数、状态空间模型等。
稳定性分析，如劳斯-赫尔维茨判据、奈奎斯特稳定判据等。
性能指标分析，如上升时间、峰值时间、调整时间等。
控制系统的设计，如PID控制、最优控制、鲁棒控制等。
计算机控制技术 是利用计算机对过程或设备进行自动控制的技术。计算机控制技术包括以下几个方面：
过程控制，如闭环控制、前馈控制、解耦控制等。
控制算法的开发和实施，如数字PID控制算法、预测控制算法等。
控制系统仿真，利用仿真软件对控制系统进行建模和分析。
控制系统硬件和软件的设计，如PLC编程、DCS系统设计等。
在实际应用中，自动控制原理和计算机控制技术是紧密结合的。计算机控制技术利用自动控制原理提供的理论基础来设计和分析控制系统，而自动控制原理则通过计算机来实现复杂的控制算法和策略。随着计算机技术的快速发展，现代控制系统越来越多地采用计算机控制技术，以实现更为复杂和精密的控制任务。
自动控制原理计算机控制实验箱是一种专门用于自动控制原理实验和计算机控制实验的教学设备。它结合了自动控制理论、计算机技术和电子技术，为学生提供了一个直观、实践的学习环境，以便更深入地理解和掌握自动控制系统的原理、设计和应用。
该实验箱由以下几个部分组成：
硬件平台：包括各种传感器、执行器、接口电路、信号调理电路等，用于构建实际的控制系统。这些硬件部件可以模拟各种实际的控制对象，如温度控制系统、电机控制系统等。
计算机控制系统：这是实验箱的核心部分，由计算机、数据采集卡、控制算法软件等组成。计算机通过数据采集卡获取传感器的信号，然后运行控制算法软件对信号进行处理，生成控制信号并通过接口电路发送给执行器。
软件平台：包括实验箱的控制软件、编程环境、仿真软件等。这些软件用于编写控制程序、设置实验参数、显示实验数据等。
使用自动控制原理计算机控制实验箱进行实验，学生可以：
学习和掌握自动控制系统的基本原理和设计方法。
通过实验验证理论知识的正确性，加深对自动控制系统的理解。
学习和掌握计算机控制系统的设计和实现方法，了解计算机在控制系统中的作用。
学习和掌握控制算法的设计和实现方法，如PID控制、模糊控制等。
培养学生的动手能力和创新精神，提高解决实际问题的能力。
此外，自动控制原理计算机控制实验箱还具有以下特点：
开放性：实验箱的设计具有开放性，学生可以根据自己的需要灵活搭建实验系统。
灵活性：实验箱支持多种传感器和执行器，可以模拟多种不同的控制对象。
安全性：实验箱具有完善的安全保护措施，确保实验过程的安全可靠。
易用性：实验箱的操作简单易懂，学生可以快速上手进行实验。
DB-SD42 自控原理与计算机控制实验平台
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。自控原理与计算机控制实验平台提供集成嵌入式自控计控核心模块、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、最优控制、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、实验平台内置嵌入式自控计控核心模块
1. 核心芯片：HD4000，双核双线程/主频2.4Ghz/睿频2.6 GHZ,4G内存，支持上电自启动。
2. 15寸高亮度350cd/m2显示屏，10点电容触摸，操作快捷，方便。
3. 提供1个 千兆网口,2个RS232接口,4个 USB接口。
4. 全铝密封，工控级别防尘，防静电，抗干扰。
5. 前面板防尘防水，IP65防护等级，有效防止喷溅的水滴和油脂进入。
6. 极速被动散热，热量从铝块和铝合金后盖快速散出，经过高低温箱长时间测试，-10°C~60°C 环境下稳定运行。
7. 核心模块预装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。
8. 核心模块集成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、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。
三、开放式的控制实验平台
1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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，以得到最好的实时控制效果。
四、系统构成
1. 嵌入式自控计控核心模块；
2. 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；
3. 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；
4. 采样保恃器及单稳单元电路；
5. 运算模拟单元电路；
6. 非线性单元电路；
7. 状态指示灯单元；
8. D/A0832数/模转换单元电路；
9. A/D0809模/数转换单元电路；
10. 单节拍脉冲发生单元；
11. 电位器单元；
12. －5V电源发生单元；
13. 驱动单元；
14. 电机单元；
15. 直流电机、步进电机模块单元；
16. 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。
17. 特殊运算环节单元；
18. 可变电阻器组单元；
19. 微型温度控制单元；
五、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
六、实验平台采用复合材料的箱式结构：
1. 箱体采用优质铝合金框架+铝合金包边+铁护角+ABS密度板+优雅黑美式大手把。
2. 上下盖安装加固强劲支撑合页，两边增加两个支撑铰链曲手，开合度设置为95度，提供一个完美的操作和显示视角。
3. 所有合金包角采用柳钉来加固保护，内部铺设黑色PU面料，箱子美观，坚固，不易变形。
4. 箱体箱底安装耐磨垫和保护脚，正面安装双安全卡扣锁。
七、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
11. A/D，D/A转换
12. 采样保持器
13. 数字滤波
14. 积分分离式PID控制
15. 最小拍有纹波系统实验
16. 最小拍无纹波系统实验
17. 大林算法控制
18. 非线性控制
19. 解耦控制
20. 综合控制实验
（三）控制系统应用
21. 直流电机闭环调速实验
22. 温度闭环控制实验
23. 步进电机调速实验