自動控制理論及計算機控制技術實驗裝置 - 上海
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自動控制課程課程理論及計算機數值數值控制技術實驗裝置
一、 設備基礎簡介
自動控制課程課程理論及計算機數值數值控制技術實驗裝置能夠適用《自動控制課程課程理論》、《計算機數值數值控制技術》和《現代控制課程課程理論》的實驗教學要求，系統可應用模仿、擬真和數字RTW就地實時控制等多種方法開展實驗教學。用戶可按照需要選用電機轉動速度控制、溫度（℃）控制和液位控制系統等實物對象，經過對實物對象的擬真和RTW就地實時控制實驗，來解析速度閉環系統、溫度（℃）閉環控制等自控和計控經典的控制原理和方法。整個實驗裝置集運放模仿、實際物理對象、計算機數值數值檢驗測試與控制于一體，有助于激發學生的實驗興趣，提升學生的課程課程理論理解能力和實踐動手能力，是各高校理想的實驗設備。
實驗裝置參考圖片（電腦可單單獨配備）
二、設備特別點
1、系統集模仿、擬真和數字RTW就地實時控制為一體，實驗由淺入深，由模仿到數字循序漸進，將傳統和現代的教學模式相集合，方便教和學。
2、實驗臺除了模仿電子回路環節，提供了轉動速度閉環系統、溫度（℃）閉環系統（大滯后）、位置隨動系統和二階液位系統等四種設定有代表性的實物為自控和計控的實驗對象，供學校選用。
3、系統配備了I/0板卡、數值收集控制板和計算機數值數值，可在MATLAB/Simulink環境下完成自控和計控的計算機數值數值擬真和硬件在環（HIL）就地實時控制系統實驗。
4、系統提供了"Actlab自動控制課程課程理論實驗室"（Automatic Control Theory Lab）和LAB_CC計算機數值數值控制實驗室（LAB_Computer Control）系統，可應用數學建模、系統擬真和RTW就地實時控制等方法完成實驗，使學生經過系統實驗建立起科研的思路。
5、提供了開放的硬件和系統研發環境，為學生實行自主創新實驗提供了條件；
三、實驗項目
1、自動控制課程課程理論實驗和RTW就地實時控制實驗
1）經經典型環節的電子回路模仿與系統擬真研究；
2）經經典型系統動態功能和平穩性解析；
3）經經典型環節（或系統）的頻率特性測量；
4）線性系統串聯校正；
5）經經典型非線性環節的靜態特性；
6）非線性系統相平面法；
7）非線性系統描述函數法；
8）極點配備線性系統全狀態反饋控制；
9）采樣控制系統動態功能和平穩性解析的混合擬真研究；
10）采樣控制系統串聯校正的混合擬真研究。
2、計算機數值數值控制技術的擬真和RTW就地實時控制實驗
1）A/D與D/A變換
2）數字濾波
3）D(S)離散化方法的研究
4）數字PID控制的算法研究
5）串級控制的算法研究
6）解耦控制的算法研究
7）二維模糊控制器特性及其應用的研究
8）線性離散系統全狀態反饋控制的算法研究
9）設定有純滯后系統的大林控制算法研究
10）最小拍控制的算法研究
11）積分分離PID控制算法研究
12）Smith預估補償算法研究
3、實物控制對象的擬真和RTW就地實時控制
1）直線DC電機速度閉環系統實驗；
2）溫度（℃）閉環控制系統實驗；
3）水箱液位閉環系統實驗。
四、實驗臺技術說明
1、技術條件
1）寫入電源：一相220VAC±5%/50Hz，裝置容量（KV）：< 200VA；
2）作業環境：溫度（℃）-10℃～＋40℃，相對濕度≤85%，海拔≤4000m；
3）重 量：< 50kg；
4）實驗臺尺寸：L×W×H=1650mm×750mm×780mm；
2、實驗臺構造說明
由鋁制控制屏、實驗模型塊、實驗桌和實驗實驗連接線等構成。實驗模型塊由交流ACAC電源、運放模仿環節、控制計算機數值數值（學校自備）及I/O板卡、數值收集控制板和控制對象等構成。
3、系統配備
*（1）控制屏：由電源單元、數值處置整理單元、元件單元、3個非線性單元以及9個模仿電子回路單元等共16個單元構成。
1）U1電源單元：含有概括電源開關、保險絲、＋5V、－5V、＋15V、－15V、0V 以及0V～15V 可調電源，提供實驗作業電源。
2）就地實時收集數值處置整理單元：USB2.0連接口，內部含有多路A/D收集寫入通道和D/A輸出通道。
模仿量寫入：8路12位A/D采樣精確度，±10V電平寫入，200K采樣速率。可同步收集多路模仿量信號寫入；
模仿量輸出：2路12位D/A輸出，±10V電平輸出。
數字量通道：8路TTL寫入，8路TTL輸出。
雙蹤示波卡功能：雙路16位A/D采樣精確度，1M采樣速率，40K采樣深度。集合上位機系統，用以完成虛擬示波器、測量試驗信號發生器等功能。
3）U4元件單元：由運放及外圍元件包括。
4）U5－U7 3 個非線性環節單元：由運放及外圍元件包括。
單元U5可選用設定有死區特性或間隙特性的非線性環節模仿電子回路。單元U6為設定有繼電特性的非線性環節模仿電子回路。單元U7為設定有飽和特性的非線性環節模仿電子回路。
5）U8－U16 9 個模仿電子回路單元：由運算放大器與電阻，電容等器件構成的模仿電子回路單元。其中U8為反相器。U9－U16的每個單元均有場效應管構成的鎖零電子回路和運放調零電子回路。
（2）控制對象配備
1）ACT-DT1電機轉動速度閉環控制系統
應用力矩電機，可準確地反應出控制效果，實行電機轉動速度閉環控制。轉動速度經過光電碼盤實行檢驗測試，并變換后輸出 1～10V 轉動速度信號。在操作面板上設定有 1 只 0～10V 直線DC電壓（V）表和 1 只轉動速度表，可用來電壓（V）測量和轉動速度指示。
2）ACT-WKB溫度（℃）閉環控制系統
該模型應用熱風控制，基于流體溫度（℃）控制原理，模仿汽車發動機燃燒溫度（℃）檢驗測試控制。其特別點是反應速度快，控制效果好，可適用《自動控制原理》、《現代控制課程課程理論》等課程的教學要求。
實驗內容：
a.模仿調動器控制的溫度（℃）控制實驗；
b.開環控制的溫度（℃）控制系統實驗；
c.閉環控制的溫度（℃）控制系統實驗；
d.溫度（℃）干擾控制系統實驗。
3）ACT-YK4二階液位控制系統
系統由水箱、電源、傳感器、水泵、管路及金屬框體結構構成。
水箱3只：2只控制水箱和1只儲水箱。2只控制水箱安置在上下兩層，其主要任務是為完成二階液位特性實驗和水箱液位控制實驗。在控制水箱的下部裝配了兩水閥，打開時可以充當干擾的作用。儲水箱的主要作用是儲水用的。向控制水箱提供水，同時也擔任把水回收的重要任務。電源模型塊：主要為水泵和傳感器提供電源、系統的反饋信號等。金屬框體結構：主要裝配水箱、管路、水泵、液位傳感器等實驗元件，包括二階液位控制對象：水泵：是系統的供水系統，經過系統的設定值和反饋信號達到液位控制的目的。
*（3）上位機控制系統功能簡介
1）Actlab自動控制課程課程理論實驗室系統說明
應用LabVIEW設計而成，可實行實驗項目選用與編輯，數值收集，特性彎彎曲線的解析、對比、文件存取等。
主要功能:
①數字顯露幅值和頻率；
②可完成光標跟蹤定位和測量；
③實驗波動線的存儲；
④應用同一界面化編程，去除了很多級聯菜單，可以同時頻域特性兩種表示方法；如頻域實驗中，Bode Plot、Nyquist Plot、X-t Plot均在同一界面顯露，可以同時對比直觀地看到頻域特性兩種表示方法特別點。界面豐富,色彩可以按照需要應用多種色彩結合,界面對比豐富形象化。
⑤可在同一圖形控件中同時顯露多條波動線。波動線顯露與否是可選的，可以在同一圖形控件中同時顯露多條波動線，也可以全部不顯露。
實驗中，多加了"暫停"功能，這一功能將不會使實驗過程中斷，重新開始實驗；實驗過程中可以隨意改變實驗功能數值，不需要停止實驗。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，只需要將硬件上的接線更換。
實驗波動線數值是就地實時收集上來的數值，在不"暫停"的現象下，可以改變硬件上的功能數值或者系統上的實驗功能數值，收集上來的實驗波動線就地實時更新。
2）LAB_CC計算機數值數值控制實驗室系統說明
LAB_CC計算機數值數值控制實驗室系統與ACCT-III 型實驗臺包括了計算機數值數值控制技術實驗系統。計控實驗內容覆蓋了計算機數值數值控制技術課程全部知識點，實驗模式含有Matlab擬真實驗、運放模仿對象實驗、實物對象控制實驗。
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