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自動控製理論及計(jì)算機技術實訓裝置

一、MY-313D 自動控製理論及計算機技術實訓裝置-概述
能夠(gòu)滿足《自動控製理論》、《計算機控製(zhì)技術(shù)》和(hé)《現代控製理(lǐ)論》的實驗教學要求,係統可采用模擬、仿真和數字RTW實(shí)時(shí)控製等多種方(fāng)法開展實驗教學。用戶可根據需要選(xuǎn)擇電機轉速控製、溫度控製和液位控製係統等實物對象,通過對實物對象的仿真和RTW實時控製實驗,來解析速度(dù)閉環係統(tǒng)、溫度閉環控(kòng)製等自控和計控經典的控製原理和(hé)方法。整個實驗裝置集(jí)運放模擬、實際物理對象、計算機檢測與控製(zhì)於一體(tǐ),有助於激發學生的實驗(yàn)興趣,提高學生的理論理解能力和實(shí)踐動手能力,是各高校理想的實驗設備。

                                                           (參考圖片)
二、產品特點
1、係統集模擬、仿真和數字RTW實時控製為一體(tǐ),實驗(yàn)由淺入深,由模擬到數(shù)字(zì)循(xún)序漸(jiàn)進,將傳統和現代的教學模式(shì)相結合,便於教和學。
2、實驗台除了模擬電路環節,提供了(le)轉速閉環係統(tǒng)、溫度閉環係統(大滯後)、位置隨動係統和二階液位係統(tǒng)等四種具有代表性的實物為自控和計控的實驗對象,供學校選擇(zé)。
3、係統配(pèi)置了(le)I/0板卡、數據采集控製板和計算機,可(kě)在MATLAB/Simulink環境下實現自控和計(jì)控的計算機仿真和硬件在環(HIL)實時控製係統實驗。
4、係統提供了“Actlab自動(dòng)控製理論實驗室(shì)”(Automatic Control Theory Lab)和LAB_CC計算機控製(zhì)實(shí)驗室(LAB_Computer Control)軟件,可采用數學建模、軟件仿真和RTW實時控製等方法完成實(shí)驗,使學生通過係統實驗建立起科研的思路。
5、提供了開(kāi)放的硬件和軟件(jiàn)開發環境,為學生進行自主創新實驗提供了條件;
三、實驗項目
1、自動控製理(lǐ)論(lùn)實驗和RTW實時控製(zhì)實驗
1)典型環節的電路模擬與軟件仿真研究;
2)典型係統動態性能(néng)和穩(wěn)定性分析;
3)典(diǎn)型環節(或係統)的頻率特性測量;
4)線性係統串聯(lián)校正(zhèng);
5)典型非線性環節的靜(jìng)態特性;
6)非線性係統相平麵法;
7)非線性係統描述函(hán)數法;
8)極點配置線性(xìng)係統全狀態反(fǎn)饋控製;
9)采樣控製係統動態性能(néng)和穩定性分析的混合仿真研(yán)究;
10)采樣控製係統串(chuàn)聯校正(zhèng)的混合仿真研究。
2、計算機控製技術的仿真和RTW實時控製實驗
1)A/D與D/A轉換
2)數字濾波
3)D(S)離散化方(fāng)法的研究
4)數字PID控製的算法研究
5)串級(jí)控製的算(suàn)法研究
6)解耦控製的算(suàn)法研究(jiū)
7)二維模糊控製器特性及其應用(yòng)的研究
8)線性離散係統全狀(zhuàng)態反饋控製的算法研究
9)具有純滯後係統的大林控製算法研究
10)最小拍控製的算(suàn)法(fǎ)研(yán)究
11)積分分離PID控製算法研究
12)Smith預估補償(cháng)算法研究(jiū)
3、實物控製對象的仿真和RTW實時控製
1)直流電機速度(dù)閉環係統實驗;
2)溫度閉(bì)環控(kòng)製係統實驗;
3)水箱液位閉環係統實(shí)驗。
4)角(jiǎo)度平衡風機(jī)閉環控製係統實驗
5)光伏實(shí)時追蹤閉(bì)環控製係統實驗
四、實(shí)驗台技術說明
    1、技術條件(jiàn)
1)輸入電源:單相220VAC±5%/50Hz,裝(zhuāng)置容量:< 200VA;
2)工作環境:溫度-10℃~+40℃,相對濕度≤85%,海拔≤4000m;
3)重    量:< 50kg;
4)實(shí)驗台尺寸:L×W×H=1650mm×750mm×780mm;
2、實(shí)驗台結構說明
由鋁合金控製屏、實(shí)驗模塊、實驗桌和實驗導線等組成。實(shí)驗模塊由交(jiāo)流電源、運放模擬環節、控製計算機(學校自備)及I/O板(bǎn)卡、數據采集控製板(bǎn)和控製對象等組成(chéng)。
3、係統(tǒng)配置
*(1)控製屏:由電源單元、數據處(chù)理單元、元器件單元、3個非線(xiàn)性單(dān)元以及9個模(mó)擬電路(lù)單元等共16個單元組成。
1)U1電源單元:包括電源(yuán)開關、保險絲、+5V、-5V、+15V、-15V、0V 以及0V~15V 可調電源,提供實驗工作電源。
2)實時采集數據處理單元:USB2.0接口(kǒu),內部包含多路A/D采集輸入通道和(hé)D/A輸出(chū)通(tōng)道。
模擬量輸入:8路12位(wèi)A/D采樣精度,±10V電平(píng)輸入,200K采樣速(sù)率。可同步采集多路模擬量信號輸入;
模擬量輸出:2路12位D/A輸出,±10V電平輸出。
數字量通道:8路TTL輸入,8路TTL輸出。
雙蹤示波卡功能:雙路16位A/D采樣精度,1M采樣速率,40K采樣深度。結合上位機軟件,用以實現(xiàn)虛擬示波器、測試(shì)信號發(fā)生器(qì)等功能。
3)U4元器件單元:由運(yùn)放及外圍元器件(jiàn)構成。
4)U5-U7 3 個非線性環節單元:由(yóu)運(yùn)放及外圍元(yuán)器件構成。
單元U5可選擇具有死區特性或間隙特性的非線性環(huán)節模擬電路。單元U6為具(jù)有繼(jì)電特性的非線性環節模擬電路。單元U7為具有飽和特性的非線性環節模擬電路。
5)U8-U16 9 個模(mó)擬電路單元:由運算放大器與電阻,電容等器件組成的模擬電路單元。其中U8為反相器。U9-U16的(de)每個單元均有場(chǎng)效應管組成的鎖零電路和運放調(diào)零(líng)電路。
(2)控製對(duì)象配置
1)ACT-DT1電機轉速閉環控製(zhì)係統
采用力矩電機,可準確地反應出控製效果,進行電機轉速閉環控製(zhì)。轉速通過光電碼盤進行檢測,並轉換後輸出(chū) 1~10V 轉速信號。在(zài)麵板上設置有 1 隻 0~10V 直流電(diàn)壓表和 1 隻轉速表,可用於電壓(yā)測量和轉速指示。
2)ACT-WKB溫度閉環控製係統
該模型采(cǎi)用(yòng)熱風控製,基於流體溫度控製原理,模仿汽車發動機燃燒溫度檢測控製。其特點是反應速度快,控製效果好,可滿足《自(zì)動控製原理》、《現代控(kòng)製理論(lùn)》等(děng)課程的教學要求。
實驗內容:
a.模擬調節器控(kòng)製的溫度控製實驗;
b.開(kāi)環控製的溫度控製係統實驗;
c.閉環控製的溫度控製係統實驗;
d.溫度幹擾控製係統實驗。
3)ACT-YK4二階液位控製係統
係統(tǒng)由水箱、電源、傳感器、水泵、管路及金屬框架組成。
水箱3隻:2隻控製水箱和1隻儲水箱。2隻控製水箱安置在上下兩層,其(qí)主要任務是為完成二階液(yè)位特性實驗和水箱液(yè)位控製實驗。在控製水箱的底部安裝了兩水閥,打開時可以充當幹擾的作(zuò)用。儲水箱的主要(yào)作用是(shì)儲水用(yòng)的。向控製水箱提供水,同時也擔任把水回收的重要任務。電源(yuán)模塊:主要為水泵和傳感器提供電源、係統的反饋信號等。金(jīn)屬(shǔ)框架:主要安裝水箱、管路、水泵、液位傳感器等實驗元件,構成二(èr)階液(yè)位控製對象:水泵:是係統的供水係統,通(tōng)過係統的設(shè)定值和反饋信號達到液位控製的目的。
4)角度平衡(héng)風機閉環控製(zhì)係統實驗
係統由角度傳感器,風機、指(zhǐ)針擋板(bǎn)、驅動電路框架(jià)組成。
2路風機分別安裝在擋板兩側,通過控製兩側(cè)風機的電壓,平衡兩側吹力,使(shǐ)得擋板處(chù)於某個固定的設定角度。角度控製範圍0-180度,穩(wěn)定精度(dù)要求(qiú)±3度,驅動兩路隻要是通過MOS控製風(fēng)機的風力大小,角度傳感器電壓轉換輸(shū)出AD采集的電壓範圍。
5)光伏(fú)實時追蹤(zōng)閉(bì)環控製係統實驗
係統由(yóu)光敏傳感器,電(diàn)機、驅動電路,調理電路框架組成。
3路光敏傳感器,分別檢測環境光強、光照左側和右側光強,通(tōng)過兩側(cè)光(guāng)照(zhào)差值,尋找光源位(wèi)置。驅動電路通過H橋驅動電機(jī)進行正反轉,尋(xún)找光源位置。調(diào)理電路複製采集轉換光(guāng)敏電壓,輸出給單片機的ADC端口。電源模塊負責整體的設備供(gòng)電,通(tōng)過采集的電壓(yā)值和電機控(kòng)製,精準(zhǔn)尋找光源位置(zhì),穩定(dìng)誤差不超過±5度。
*(3)上位機控製軟件功能介紹
1)Actlab自(zì)動(dòng)控製理論實(shí)驗室軟件(jiàn)說明
采用LabVIEW設計而成,可進行實驗項目選擇與編輯,數(shù)據采集,特性曲線的分析、比較、文件存取等。
主要功能(néng):
①數字顯示幅值和頻率;
②可實現光標跟蹤定位和測量;
③實驗波形的存儲(chǔ);
④采用同一界麵化編程,去(qù)除了很(hěn)多級聯菜單,可以同時頻域特性兩種表示(shì)方式;如頻域實驗中,Bode Plot、Nyquist Plot、X-t Plot均(jun1)在同一(yī)界麵顯示,可以同時比較直觀地看(kàn)到頻域特性兩種表示方式特點。界麵豐富,色(sè)彩可以(yǐ)根(gēn)據需要采用多種色(sè)彩組合,界麵比較豐富形象化。
⑤可在同一圖形控件中同時顯示多條波形。波形顯示與否是可選的,可以在同一圖形控件中同時顯示多條波形(xíng),也可以(yǐ)全部不顯示(shì)。
實驗中,增加了“暫停”功能,這一功能將不會使(shǐ)實驗過程中斷,重新開始實驗;實驗過程中(zhōng)可以隨意(yì)改(gǎi)變實驗(yàn)參(cān)數,不需要(yào)停止實驗。實驗運行中,也可以隨意更換A/D、D/A端口,不需要停止實驗,隻需要將硬(yìng)件(jiàn)上的接線更換。
實驗波形數據是實時(shí)采集上來的數據(jù),在不“暫停”的情況下,可以改變(biàn)硬件上的參數或者(zhě)軟件上的實驗參數,采集上來的(de)實驗波形實時更新。
2)LAB_CC計算機控製實驗室軟(ruǎn)件說(shuō)明
LAB_CC計算機控(kòng)製實驗室軟件與ACCT-III 型實驗台構成了計算機控製技術實驗係統。計控實驗內容覆蓋了計算機控製技術(shù)課程全部知識點,實驗模式包含Matlab仿真實驗、運放模擬(nǐ)對象實驗、實物(wù)對象控製實驗。

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