自控原理实验箱，自控原理与计算机控制实验箱，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、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。
自控原理实验箱具有很强的开放性能、扩展性能；运算模拟单元的运放八个，每个运算模拟单元内都有实验所需的电阻、电容等元件，可以通过短路块和导线灵活方便的对实验单元电路的组合，可构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制系统；从运算模拟单元独立出来的可变电阻器组单元档位连续，调节精度高，接线灵活多变，充分满足于自控原理及计算机控制技术实验教学的要求。
一、自控原理与计算机控制实验箱功能特点：
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。
二、自控原理与计算机控制实验系统构成
（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；
三、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
四、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、Z小拍有纹波系统实验
6、Z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
ZC-ZK5自控计控原理实验箱
自控计控原理实验箱是自控/计控二合一的教学实验系统。它采用模块式结构，可构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制系统。还可进行以微机为控制平台的计算机控制技术实验教学，做到一机多用。
一、系统组成
1、电源：输入单相三线～220V±10% 50Hz。输出直流5V/2A、±12V/0.5A 电源，均有接反和短路保护功能。
2、核心系统：采用8088微处理器，方便计算机控制技术软件编程；RS232总线接口与上位机通讯（可以USB接口通信），含有上位机总清复位和人工总清复位电路， 含有自动锁零和人工锁零功能。
3、函数发生器：实验机自带信号测量和信号显示模块
可测量信号电压（-5V～+5V）、频率、温度、转速等参数。
4、阶跃信号发生器：由手控阶跃发生（0/+5v、-5v/+5v），幅度控制（电位器），非线性输出组。
5、函数信号发生器：能输出正弦波、斜波、方波、矩型波、继电特性、饱和特性、死区特性和间隙特性，有开关切换，同时有数码管显示波形相关信息。正弦波信号频率范围0.1HZ~2HZ和0.8HZ~50HZ两档,分辨率是0.1HZ和1HZ,其他波形频率范围是0.1HZ~250HZ,分辨率是0.1HZ。波形信号的幅值范围-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、运算模拟单元：提供8个OP07基本运放模拟单元（实验用），每单元的输入回路有6组0.5%精度电阻、或 5%精度电容，反馈回路有7组0.5%精度电阻、或5%精度电容，和1个运算放大器组成。另有扩展运放模拟单元，其一可调零放大器，构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例微分环节，PID环节和典型的二阶、三阶系统等；其二校正网络库，可构成各种校正环节；其三是2组整形模块。
7、提供阻容元件库：250K、500K电位器，2组0-999.9K直读式可变电阻，多组电容。
8、1组D/A输出:电压0～5V 或-5V～+5V。
9、4路A/D输入:其中有2个通道为0～+5v电压输入，2个通道为-5v～+5v电压输入。
10、2组采样保持器及单稳单元电路。
11、提供精密基准电压+Vref和-Vref。
12、定时和中断单元：2组定时计数器和2路中断源。
9、提供虚拟示波器：
1）2个通道模拟信号输入：可测量相平面显示，频域对数幅频、相频曲线，幅相曲线等。
2）示波器的时域显示方式：示波器的相平面显示（X-Y）方式；示波器的频率特性显示方式有对数幅频特性显示、对数相频特性显示（伯德图），幅相特性显示方式（奈奎斯特图），时域分析（弧度）显示方式。
3）示波器的计算机控制显示方式。
10、外围控制对象
1）步进电机（35BY48）转速、转角控制。
2）直流电机（BY25）脉冲测速输出及电压测速输出。
3）温度模块可调脉冲宽度输入控制及电压输入控制加热，热敏电阻测温（0℃～76.5℃）。
11、支持二次开发：除模拟运算单元、函数发生器外，本实验机的8253定时器、8259中断控制器、模数转换器，数模转换器地址也开放给用户。
12、机箱：坚固型铝合金框架，厚实的 ABS 塑料包角，参考外形尺寸 480×360×120mm。
二、实验项目
自动控制实验
1、线性系统的时域分析：
1）典型环节的模拟研究 ；
2)二阶系统瞬态响应和稳定性;
3)三阶系统的瞬态响应和稳定性。
2、线性控制系统的频域分析（伯德图、奈氏图）：
1）惯性环节的频率特性曲线；
2）二阶闭环系统的频率特性曲线；
3）二阶开环系统的频率特性曲线 ；
4） 频率特性的时域分析。
3、非线性系统的相平面分析：
1）典型非线性环节；
2）二阶非线性控制系统：
3）三阶非线性控制系统。
4、线性系统的校正与状态反馈:1)线性系统的校正；
① 频域法串联超前校正；
② 时域法串联比例微分校正；
③ 时域法比例反馈校正 ；
④ 时域法微分反馈校正；
2)线性系统的状态反馈及极点配置
5、采样控制系统分析
6、模拟直流电机闭环调速实验
7、模拟温度闭环控制实验
计算机控制技术实验
1、数/模转换实验
2、模/数转换实验
3、采样与保持：
1）采样实验；
2）采样/保持器实验；
3）采样/保持控制系统分析举例。
4、平滑与数字滤波实验 ：
1）微分与平滑 ；
2）数字滤波 。
5、数字PID控制实验：
1）标准PID控制算法，
2）积分分离PID控制算法：
3）非线性PID控制算法；
4）积分分离--砰砰复式PID控制算法
6、Z少拍控制系统 ：
1）Z少拍有纹波系统；
2）Z少拍无纹波设计；
3）Z少拍控制系统设计举例。
7、大林算法：
1）有明显振铃现象的大林算法及振铃消除 ；
2）有微弱振铃现象的大林算法及振铃消除；
3）无振铃现象的大林算法。
8、多变量解耦控制：
1）多变量解耦控制设计；
2）多变量解耦控制设计。
9、微机控制的二次开发
控制系统实验
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
4、模拟/数字混合温度闭环控制实验
四、实验箱配置
|
序号 |
名称 |
说明 |
数量 |
|
1 |
ZC-ZK5主机箱 |
含机箱、工作电源、常用信号源、实验电路区等 |
1台 |
|
2 |
交流电源线 |
1.5m
|
1根 |
|
3 |
2号实验导线 |
40cm |
25根 |
|
4 |
串口通信线（2、3直通） |
1.5m |
1根 |
|
5 |
实验指导书 |
|
2本 |
附：使用本实验箱需配套仪器仪表：电脑、万用表和示波器（可以选配，实验箱上自带示波器）。
