北京杰創(chuàng)永恒科技有限公司
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訪問(wèn)次數(shù)：372更新時(shí)間：2022-06-06 16:09:50
一、概述
自控原理、計(jì)算機(jī)控制等課程是自動(dòng)化及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，理論性較強(qiáng)，較抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)掌握有一定的難度，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)效果的好壞對(duì)學(xué)生牢固掌握課堂理論知識(shí)，提高課程的教學(xué)質(zhì)量起著非常重要的作用，我們研制的這種新型實(shí)驗(yàn)裝置，將傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法與計(jì)算機(jī)結(jié)合起來(lái)，不僅使操作更靈活方便，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更豐富，分析手段更科學(xué)化，而且明顯提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
二、主要組成
實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，該系統(tǒng)中由計(jì)算機(jī)通過(guò)串口或USB接口與自制的A/D、D/A接口板實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生器、示波器的功能，實(shí)驗(yàn)時(shí)不用打開(kāi)機(jī)箱，使用非常方便，本系統(tǒng)充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，由計(jì)算機(jī)完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和計(jì)算處理，在實(shí)驗(yàn)時(shí)就可以將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析值進(jìn)行對(duì)比，提高了實(shí)驗(yàn)效率，配套實(shí)驗(yàn)軟件人機(jī)界面非常友好，操作簡(jiǎn)便，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可導(dǎo)入Matlab進(jìn)行分析，顯著增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)效果。本實(shí)驗(yàn)裝置還具有實(shí)驗(yàn)方案配置靈活、便于擴(kuò)展其他實(shí)驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)，由于計(jì)算機(jī)在不做實(shí)驗(yàn)時(shí)也可被充分利用，實(shí)際上也節(jié)約了設(shè)備投資。
圖1 新型自控/計(jì)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
三、特點(diǎn)
1、A/D、D/A接口板采用SOC型單片機(jī)C8051F020，集成度高，板上擁有2路DA，8路AD，精度為12位，范圍-5V至+5V，通過(guò)串口或USB接口與計(jì)算機(jī)相連，數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)到115200bps。
2、在同一硬件平臺(tái)上開(kāi)發(fā)了自控原理/計(jì)算機(jī)控制/虛擬儀器等多個(gè)系列的多套實(shí)驗(yàn)軟件，形成了包括自控原理仿真、自控原理實(shí)驗(yàn)、數(shù)字PID實(shí)驗(yàn)、直接數(shù)字控制器設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)回放等軟件組成的軟件包，功能非常強(qiáng)大。
- 自控原理部分：
開(kāi)發(fā)有自控原理實(shí)驗(yàn)仿真軟件，在實(shí)際操作之前可*行理論仿真，實(shí)驗(yàn)后可將實(shí)測(cè)結(jié)果與理論值進(jìn)行對(duì)比分析，加深理解。
信號(hào)發(fā)生器部分的設(shè)計(jì)具有超乎尋常的強(qiáng)大功能及靈活性，真正實(shí)現(xiàn)2路DA的同時(shí)使用，可發(fā)出階躍、斜坡、拋物線、正弦、方波、三角、鋸齒、隨機(jī)等多種信號(hào)且幅值、頻率、極性、初始相位可調(diào)，2路DA之間相位可調(diào)、可疊加。
AD信號(hào)可選擇顯示的方式（正反、顏色、線寬、打點(diǎn)劃線等），可實(shí)現(xiàn)連續(xù)采集（只受硬盤(pán)容量限制），
具有長(zhǎng)余輝X-Y與短余輝X-Y顯示方式。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可生成數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入Matlab進(jìn)行分析，顯著增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)效果。
可自動(dòng)進(jìn)行頻率特性分析，生成60組數(shù)據(jù)，自動(dòng)繪制波特圖、奈氏圖。
- 計(jì)算機(jī)控制部分：
信號(hào)給定方式多樣，可選階躍、斜坡、拋物線、正弦、方波、三角、鋸齒、電位器給定多種方式且幅值、頻率、極性可調(diào)。
可實(shí)現(xiàn)多個(gè)PID調(diào)節(jié)器的串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)，可進(jìn)行電流、轉(zhuǎn)速、位置三閉環(huán)控制的模擬實(shí)驗(yàn)。
可進(jìn)行四種算法的單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制實(shí)驗(yàn)，所有控制算法均不需編程。
AD信號(hào)可選擇顯示的方式（正反、顏色、線寬、打點(diǎn)劃線等），可實(shí)現(xiàn)連續(xù)采集（只受硬盤(pán)容量限制）。
- 虛擬儀器部分：
可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、回放等功能。
3、本實(shí)驗(yàn)裝置通過(guò)開(kāi)放通信協(xié)議，提供多種例程，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，非常適合自動(dòng)化及相關(guān)專(zhuān)業(yè)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放、課程設(shè)計(jì)、電子競(jìng)賽訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)內(nèi)容。
4、使用方便，在界面設(shè)計(jì)方面，特別注意了易操作性，自控原理、計(jì)算機(jī)控制、虛擬儀器等多套軟件共用同一套硬件，具有相同的界面風(fēng)格，部分程序界面如圖2所示，其中參數(shù)設(shè)置在動(dòng)態(tài)加入的窗體中完成，波形顯示在一個(gè)圖片框控件上完成，圖片框上方顯示X-Y坐標(biāo)值和時(shí)間值，工具欄上的三個(gè)按鍵分別是啟動(dòng)、暫停和停止，同時(shí)包括接口測(cè)試程序，學(xué)生不需專(zhuān)門(mén)的學(xué)習(xí)過(guò)程即可使用。
5、實(shí)時(shí)顯示速度快，軟件采用了特別的加速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)曲線的高速實(shí)時(shí)顯示，不需數(shù)據(jù)擬合處理，非常適用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
6、該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用開(kāi)放性設(shè)計(jì)，可充分滿(mǎn)足教師學(xué)生自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的需要。
7、性能可靠，本產(chǎn)品設(shè)計(jì)*，能夠適應(yīng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤接線、錯(cuò)誤操作等情況，經(jīng)用戶(hù)長(zhǎng)時(shí)間使用，從未出現(xiàn)任何影響使用的故障，真正實(shí)現(xiàn)零維護(hù)。為保證客戶(hù)利益，我們對(duì)本產(chǎn)品實(shí)行1年保修，終身維護(hù)。
圖2 部分程序界面
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：
自控原理部分：
實(shí)驗(yàn)一 典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)
實(shí)驗(yàn)二 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)
實(shí)驗(yàn)三 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
實(shí)驗(yàn)四 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分析
實(shí)驗(yàn)五 系統(tǒng)頻率特性實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)六 系統(tǒng)校正
實(shí)驗(yàn)七 相平面法分析非線性系統(tǒng)
實(shí)驗(yàn)八 采樣系統(tǒng)分析
實(shí)驗(yàn)九 狀態(tài)反饋
實(shí)驗(yàn)十 二次型控制器設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)控制部分：
實(shí)驗(yàn)一 D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)二 A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)三 采樣與保持實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)四 平滑與數(shù)字濾波實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)五 模擬PID控制實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)六 數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)七 單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)八 最少拍控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)九 大林算法實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)十 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)
虛擬儀器部分：
可實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、回放等功能。
開(kāi)放實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)部分：
（1）開(kāi)展模擬量輸入輸出、數(shù)字量輸入輸出、人機(jī)界面設(shè)計(jì)、溫度測(cè)量等常規(guī)單片機(jī)程序設(shè)計(jì)；
（2）開(kāi)發(fā)單片機(jī)與各種主流軟件平臺(tái)的串行通信協(xié)議以及MODBUS等多種通信協(xié)議；
（3）基于各種主流軟件平臺(tái)的上位機(jī)監(jiān)控程序設(shè)計(jì)；
（4）PID等智能控制算法的實(shí)現(xiàn)及智能儀器開(kāi)發(fā)。
以上內(nèi)容均應(yīng)開(kāi)放通信協(xié)議并提供相應(yīng)例程。
圖3 部分實(shí)驗(yàn)效果
