一、什么是自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)控制原理實(shí)驗(yàn)箱？
自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)控制原理實(shí)驗(yàn)箱是一個(gè)集成了多種傳感器、執(zhí)行器、接口和編程軟件的設(shè)備，它模擬了實(shí)際的控制系統(tǒng)環(huán)境，使學(xué)生能夠直觀地觀察和分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，從而更好地理解自動(dòng)控制理論和計(jì)算機(jī)控制原理。
二、實(shí)驗(yàn)箱的主要功能與應(yīng)用場(chǎng)景
1. 學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的自動(dòng)控制理論，包括PID控制、模糊控制等；
2. 實(shí)踐計(jì)算機(jī)程序編寫和算法實(shí)現(xiàn)，提高編程能力；
3. 測(cè)試和驗(yàn)證不同控制策略在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用效果；
4. 培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力。
三、使用實(shí)驗(yàn)箱的優(yōu)勢(shì)
通過使用自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)控制原理實(shí)驗(yàn)箱，學(xué)習(xí)者可以在安全的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，避免了實(shí)際操作中的安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)箱提供了一個(gè)靈活的平臺(tái)，學(xué)生可以根據(jù)需要調(diào)整參數(shù)，重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，加深理解和記憶。
四、如何利用實(shí)驗(yàn)箱提升學(xué)習(xí)和研發(fā)效果
1. 結(jié)合實(shí)際案例：將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，通過解決具體問題來驗(yàn)證理論的正確性和實(shí)用性。
2. 創(chuàng)新思維訓(xùn)練：鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，培養(yǎng)解決新問題的能力和創(chuàng)新精神。
3. 多學(xué)科交叉融合：將計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子工程、機(jī)械設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)融入實(shí)驗(yàn)中，拓寬視野。
總結(jié)：
自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)控制原理實(shí)驗(yàn)箱不僅是一個(gè)教學(xué)輔助工具，更是一個(gè)連接理論與實(shí)踐、激發(fā)創(chuàng)新靈感的橋梁。對(duì)于有志于深入自動(dòng)控制領(lǐng)域的學(xué)習(xí)者和研究者來說，這是一個(gè)寶貴的資源。通過不斷的實(shí)踐和探索，我們可以在這個(gè)基礎(chǔ)上構(gòu)建更加智能、高效的控制系統(tǒng)，推動(dòng)科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展。
產(chǎn)品簡(jiǎn)介：
自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)控制原理實(shí)驗(yàn)箱是自控/計(jì)控二合一的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，可構(gòu)造出各種型式和階次的模擬環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)。還可進(jìn)行以微機(jī)為控制平臺(tái)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，做到一機(jī)多用。
一、系統(tǒng)組成
1、電源：輸入單相三線～220V±10% 50Hz。輸出直流5V/2A、±12V/0.5A 電源，均有接反和短路保護(hù)功能。
2、核心系統(tǒng)：采用8088微處理器，方便計(jì)算機(jī)控制技術(shù)軟件編程；RS232總線接口與上位機(jī)通訊（可以USB接口通信），含有上位機(jī)總清復(fù)位和人工總清復(fù)位電路， 含有自動(dòng)鎖零和人工鎖零功能。
3、函數(shù)發(fā)生器：實(shí)驗(yàn)機(jī)自帶信號(hào)測(cè)量和信號(hào)顯示模塊
可測(cè)量信號(hào)電壓（-5V～+5V）、頻率、溫度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。
4、階躍信號(hào)發(fā)生器：由手控階躍發(fā)生（0/+5v、-5v/+5v），幅度控制（電位器），非線性輸出組。
5、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器：能輸出正弦波、斜波、方波、矩型波、繼電特性、飽和特性、死區(qū)特性和間隙特性，有開關(guān)切換，同時(shí)有數(shù)碼管顯示波形相關(guān)信息。正弦波信號(hào)頻率范圍0.1HZ~2HZ和0.8HZ~50HZ兩檔,分辨率是0.1HZ和1HZ,其他波形頻率范圍是0.1HZ~250HZ,分辨率是0.1HZ。波形信號(hào)的幅值范圍-6V~+6V，幅值分辨率是0.1V,失真度不大于0.5%。阻抗不大于50Ω。
6、運(yùn)算模擬單元：提供8個(gè)OP07基本運(yùn)放模擬單元（實(shí)驗(yàn)用），每單元的輸入回路有6組0.5%精度電阻、或 5%精度電容，反饋回路有7組0.5%精度電阻、或5%精度電容，和1個(gè)運(yùn)算放大器組成。另有擴(kuò)展運(yùn)放模擬單元，其一可調(diào)零放大器，構(gòu)成比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、比例微分環(huán)節(jié)，PID環(huán)節(jié)和典型的二階、三階系統(tǒng)等；其二校正網(wǎng)絡(luò)庫，可構(gòu)成各種校正環(huán)節(jié)；其三是2組整形模塊。
7、提供阻容元件庫：250K、500K電位器，2組0-999.9K直讀式可變電阻，多組電容。
8、1組D/A輸出:電壓0～5V 或–5V～+5V。
9、4路A/D輸入:其中有2個(gè)通道為0～+5v電壓輸入，2個(gè)通道為-5v～+5v電壓輸入。
10、2組采樣保持器及單穩(wěn)單元電路。
11、提供精密基準(zhǔn)電壓+Vref和-Vref。
12、定時(shí)和中斷單元：2組定時(shí)計(jì)數(shù)器和2路中斷源。
9、提供虛擬示波器：
1）2個(gè)通道模擬信號(hào)輸入：可測(cè)量相平面顯示，頻域?qū)?shù)幅頻、相頻曲線，幅相曲線等。
2）示波器的時(shí)域顯示方式：示波器的相平面顯示（X-Y）方式；示波器的頻率特性顯示方式有對(duì)數(shù)幅頻特性顯示、對(duì)數(shù)相頻特性顯示（伯德圖），幅相特性顯示方式（奈奎斯特圖），時(shí)域分析（弧度）顯示方式。
3）示波器的計(jì)算機(jī)控制顯示方式。
10、外圍控制對(duì)象
1）步進(jìn)電機(jī)（35BY48）轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角控制 。
2）直流電機(jī)（BY25）脈沖測(cè)速輸出及電壓測(cè)速輸出。
3）溫度模塊可調(diào)脈沖寬度輸入控制及電壓輸入控制加熱，熱敏電阻測(cè)溫（0℃～76.5℃）。
11、支持二次開發(fā)：除模擬運(yùn)算單元、函數(shù)發(fā)生器外，本實(shí)驗(yàn)機(jī)的8253定時(shí)器、8259中斷控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器地址也開放給用戶。
12、機(jī)箱：堅(jiān)固型鋁合金框架，厚實(shí)的 ABS 塑料包角，參考外形尺寸 480×360×120mm。
二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)
1、線性系統(tǒng)的時(shí)域分析：
1.1典型環(huán)節(jié)的模擬研究 ；
1.2二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性;
1.3三階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。
2、線性控制系統(tǒng)的頻域分析（伯德圖、奈氏圖）：
2.1慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線；
2.2二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線；
2.3二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線 ；
2.4 頻率特性的時(shí)域分析。
3、非線性系統(tǒng)的相平面分析：
3.1典型非線性環(huán)節(jié)；
3.2二階非線性控制系統(tǒng)：
3.3三階非線性控制系統(tǒng)。
4、線性系統(tǒng)的校正與狀態(tài)反饋:
4.1線性系統(tǒng)的校正；
4.11 頻域法串聯(lián)超前校正；
4.22 時(shí)域法串聯(lián)比例微分校正；
4.23 時(shí)域法比例反饋校正 ；
4.24 時(shí)域法微分反饋校正；
4.2線性系統(tǒng)的狀態(tài)反饋及極點(diǎn)配置 。
5、采樣控制系統(tǒng)分析
6、模擬直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)
7、模擬溫度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)
計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)
1、數(shù)/模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
2、模/數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
3、采樣與保持：
1）采樣實(shí)驗(yàn)；
2）采樣/保持器實(shí)驗(yàn)；
3）采樣/保持控制系統(tǒng)分析舉例。
4、平滑與數(shù)字濾波實(shí)驗(yàn) ：
1）微分與平滑 ；
2）數(shù)字濾波 。
5、數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)：
1）標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法，
2）積分分離PID控制算法：
3）非線性PID控制算法；
4）積分分離--砰砰復(fù)式PID控制算法
6、最少拍控制系統(tǒng) ：
1）最少拍有紋波系統(tǒng)；
2）最少拍無紋波設(shè)計(jì)；
3）最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例。
7、大林算法：
1）有明顯振鈴現(xiàn)象的大林算法及振鈴消除 ；
2）有微弱振鈴現(xiàn)象的大林算法及振鈴消除；
3）無振鈴現(xiàn)象的大林算法。
8、多變量解耦控制：
1）多變量解耦控制設(shè)計(jì)；
2）多變量解耦控制設(shè)計(jì)。
9、微機(jī)控制的二次開發(fā)
控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
1、直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)
2、溫度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)
3、步進(jìn)電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)
4、模擬/數(shù)字混合溫度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)
四、實(shí)驗(yàn)箱配置
1、電源：輸入單相三線～220V±10% 50Hz。輸出直流5V/2A、±12V/0.5A 電源，均有接反和短路保護(hù)功能。
2、核心系統(tǒng)：采用8088微處理器，方便計(jì)算機(jī)控制技術(shù)軟件編程；RS232總線接口與上位機(jī)通訊（可以USB接口通信），含有上位機(jī)總清復(fù)位和人工總清復(fù)位電路， 含有自動(dòng)鎖零和人工鎖零功能。
3、函數(shù)發(fā)生器：實(shí)驗(yàn)機(jī)自帶信號(hào)測(cè)量和信號(hào)顯示模塊
可測(cè)量信號(hào)電壓（-5V～+5V）、頻率、溫度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。
4、階躍信號(hào)發(fā)生器：由手控階躍發(fā)生（0/+5v、-5v/+5v），幅度控制（電位器），非線性輸出組。
5、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器：能輸出正弦波、斜波、方波、矩型波、繼電特性、飽和特性、死區(qū)特性和間隙特性，有開關(guān)切換，同時(shí)有數(shù)碼管顯示波形相關(guān)信息。正弦波信號(hào)頻率范圍0.1HZ~2HZ和0.8HZ~50HZ兩檔,分辨率是0.1HZ和1HZ,其他波形頻率范圍是0.1HZ~250HZ,分辨率是0.1HZ。波形信號(hào)的幅值范圍-6V~+6V，幅值分辨率是0.1V,失真度不大于0.5%。阻抗不大于50Ω。
6、運(yùn)算模擬單元：提供8個(gè)OP07基本運(yùn)放模擬單元（實(shí)驗(yàn)用），每單元的輸入回路有6組0.5%精度電阻、或 5%精度電容，反饋回路有7組0.5%精度電阻、或5%精度電容，和1個(gè)運(yùn)算放大器組成。另有擴(kuò)展運(yùn)放模擬單元，其一可調(diào)零放大器，構(gòu)成比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、比例微分環(huán)節(jié)，PID環(huán)節(jié)和典型的二階、三階系統(tǒng)等；其二校正網(wǎng)絡(luò)庫，可構(gòu)成各種校正環(huán)節(jié)；其三是2組整形模塊。
7、提供阻容元件庫：250K、500K電位器，2組0-999.9K直讀式可變電阻，多組電容。
8、1組D/A輸出:電壓0～5V 或–5V～+5V。
9、4路A/D輸入:其中有2個(gè)通道為0～+5v電壓輸入，2個(gè)通道為-5v～+5v電壓輸入。
10、2組采樣保持器及單穩(wěn)單元電路。
11、提供精密基準(zhǔn)電壓+Vref和-Vref。
12、定時(shí)和中斷單元：2組定時(shí)計(jì)數(shù)器和2路中斷源。
9、提供虛擬示波器：
1）2個(gè)通道模擬信號(hào)輸入：可測(cè)量相平面顯示，頻域?qū)?shù)幅頻、相頻曲線，幅相曲線等。
2）示波器的時(shí)域顯示方式：示波器的相平面顯示（X-Y）方式；示波器的頻率特性顯示方式有對(duì)數(shù)幅頻特性顯示、對(duì)數(shù)相頻特性顯示（伯德圖），幅相特性顯示方式（奈奎斯特圖），時(shí)域分析（弧度）顯示方式。
3）示波器的計(jì)算機(jī)控制顯示方式。
10、外圍控制對(duì)象
1）步進(jìn)電機(jī)（35BY48）轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角控制 。
2）直流電機(jī)（BY25）脈沖測(cè)速輸出及電壓測(cè)速輸出。
3）溫度模塊可調(diào)脈沖寬度輸入控制及電壓輸入控制加熱，熱敏電阻測(cè)溫（0℃～76.5℃）。
11、支持二次開發(fā)：除模擬運(yùn)算單元、函數(shù)發(fā)生器外，本實(shí)驗(yàn)機(jī)的8253定時(shí)器、8259中斷控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器地址也開放給用戶。
12、機(jī)箱：堅(jiān)固型鋁合金框架，厚實(shí)的 ABS 塑料包角，參考外形尺寸 480×360×120mm。
二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)
1、線性系統(tǒng)的時(shí)域分析：
1.1典型環(huán)節(jié)的模擬研究 ；
1.2二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性;
1.3三階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。
2、線性控制系統(tǒng)的頻域分析（伯德圖、奈氏圖）：
2.1慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線；
2.2二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線；
2.3二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線 ；
2.4 頻率特性的時(shí)域分析。
3、非線性系統(tǒng)的相平面分析：
3.1典型非線性環(huán)節(jié)；
3.2二階非線性控制系統(tǒng)：
3.3三階非線性控制系統(tǒng)。
4、線性系統(tǒng)的校正與狀態(tài)反饋:
4.1線性系統(tǒng)的校正；
4.11 頻域法串聯(lián)超前校正；
4.22 時(shí)域法串聯(lián)比例微分校正；
4.23 時(shí)域法比例反饋校正 ；
4.24 時(shí)域法微分反饋校正；
4.2線性系統(tǒng)的狀態(tài)反饋及極點(diǎn)配置 。
5、采樣控制系統(tǒng)分析
6、模擬直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)
7、模擬溫度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)
計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)
1、數(shù)/模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
2、模/數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
3、采樣與保持：
1）采樣實(shí)驗(yàn)；
2）采樣/保持器實(shí)驗(yàn)；
3）采樣/保持控制系統(tǒng)分析舉例。
4、平滑與數(shù)字濾波實(shí)驗(yàn) ：
1）微分與平滑 ；
2）數(shù)字濾波 。
5、數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)：
1）標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法，
2）積分分離PID控制算法：
3）非線性PID控制算法；
4）積分分離--砰砰復(fù)式PID控制算法
6、最少拍控制系統(tǒng) ：
1）最少拍有紋波系統(tǒng)；
2）最少拍無紋波設(shè)計(jì)；
3）最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例。
7、大林算法：
1）有明顯振鈴現(xiàn)象的大林算法及振鈴消除 ；
2）有微弱振鈴現(xiàn)象的大林算法及振鈴消除；
3）無振鈴現(xiàn)象的大林算法。
8、多變量解耦控制：
1）多變量解耦控制設(shè)計(jì)；
2）多變量解耦控制設(shè)計(jì)。
9、微機(jī)控制的二次開發(fā)
控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
1、直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)
2、溫度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)
3、步進(jìn)電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)
4、模擬/數(shù)字混合溫度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)
四、實(shí)驗(yàn)箱配置
| 序號(hào) | 名稱 | 說明 | 數(shù)量 |
| 1 | 自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)控制原理實(shí)驗(yàn)箱 | 含機(jī)箱、工作電源、常用信號(hào)源、實(shí)驗(yàn)電路區(qū)等 | 1臺(tái) |
| 2 | 交流電源線 | 1.5m | 1根 |
| 3 | 2號(hào)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線 | 40cm | 25根 |
| 4 | 串口通信線（2、3直通） | 1.5m | 1根 |
| 5 | 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 | 2本 |
附：使用本實(shí)驗(yàn)箱需配套儀器儀表：電腦、萬用表和示波器（可以選配，實(shí)驗(yàn)箱上自帶示波器）。