FCDC-1型自控-計控綜合實驗臺

一、設備概述

（一）本實驗平臺主要用于“自動(dong)控(kong)制原理?計算(suan)機控(kong)制技(ji)術”的(de)實驗教學以及對計算(suan)機控(kong)制算(suan)法的(de)研究(jiu)，主要由數據采集(ji)卡(ka)、虛擬儀器(qi)、上位機軟件以及可以任(ren)意組(zu)合的(de)運放單元組(zu)成。

（二）系統具有集成一體化的(de)先進精密結構，將高性能(neng)的(de)控(kong)(kong)制原理實驗平(ping)臺和控(kong)(kong)制專(zhuan)用測(ce)量與分析儀器(qi)等集成在一個實驗平(ping)臺上。

（三(san)）整(zheng)個實(shi)(shi)驗(yan)(yan)裝置(zhi)由硬(ying)件(jian)部分和系(xi)(xi)統軟(ruan)件(jian)組成(cheng)：硬(ying)件(jian)部分由實(shi)(shi)驗(yan)(yan)平臺、多個掛(gua)(gua)件(jian)、實(shi)(shi)驗(yan)(yan)模塊組成(cheng)；系(xi)(xi)統軟(ruan)件(jian)包括系(xi)(xi)統實(shi)(shi)驗(yan)(yan)軟(ruan)件(jian)、系(xi)(xi)統管理軟(ruan)件(jian)組成(cheng)，系(xi)(xi)統實(shi)(shi)驗(yan)(yan)軟(ruan)件(jian)用(yong)來完成(cheng)實(shi)(shi)驗(yan)(yan)臺對功能掛(gua)(gua)箱的計算機控制，包括參數(shu)的靈活設置(zhi)。

二、平臺技術

（一）實(shi)(shi)驗(yan)(yan)平(ping)臺主要由電源儀器模(mo)塊(kuai)箱(xiang)、鋁(lv)型材(cai)實(shi)(shi)驗(yan)(yan)桌、實(shi)(shi)驗(yan)(yan)掛箱(xiang)、儀器儀表等(deng)組(zu)成；實(shi)(shi)驗(yan)(yan)桌桌面(mian)為(wei)防火(huo)、防水、耐磨高密度(du)板，實(shi)(shi)驗(yan)(yan)裝置主框架采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)四根75mm×75mm優質歐標(biao)型材(cai)（單面(mian)邊長(chang)33mm+中縫(feng)9mm+邊長(chang)33mm），四周采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)成型“8”字型鋁(lv)材(cai)支(zhi)架固定，安裝螺絲采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)M8+滑塊(kuai)螺母，設(she)計有帶門可拆卸的鈑金機箱(xiang)，所有模(mo)塊(kuai)采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)激光雕刻工藝，30度(du)專用(yong)(yong)(yong)防火(huo)材(cai)料(liao)模(mo)具制作，具有2個專用(yong)(yong)(yong)拉手，采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)平(ping)衡線路供(gong)電，為(wei)確保產品為(wei)成熟產品。

（二）技術性能

1.輸(shu)入電源：單(dan)相三(san)線220V±10% 50Hz；

2.裝(zhuang)置容量：＜200VA；

3.外形尺寸約1560mm×750mm×1200mm（具體應可根據用戶(hu)需(xu)求調整(zheng)）；

（三）電源控制(zhi)部分(fen)：所有模塊(kuai)采(cai)用(yong)彩(cai)色噴(pen)涂工藝，具有2個專用(yong)拉(la)手，30度(du)(du)ABS開模帶底(di)座(zuo)機箱，操作面(mian)板尺寸195mm×300mm；實驗掛件均采(cai)用(yong)30度(du)(du)ABS絕緣開模底(di)座(zuo)機箱

1.交流(liu)(liu)電(dian)(dian)源(yuan)模(mo)(mo)塊(kuai)：提供220V交流(liu)(liu)電(dian)(dian)源(yuan)，交流(liu)(liu)電(dian)(dian)源(yuan)經空氣開關控制(zhi)后輸出，面板上設有鑰匙開關、啟(qi)動、停止(zhi)以及急停按鈕，整體設計(ji)成獨立模(mo)(mo)塊(kuai)，可(ke)以單獨使用(yong)，系統(tong)內(nei)置一套(tao)“智能(neng)自動故(gu)障檢測(ce)系統(tong)”，采用(yong)高可(ke)靠電(dian)(dian)子測(ce)量(liang)模(mo)(mo)塊(kuai)，采用(yong)6路隔離芯(xin)片(pian)級電(dian)(dian)流(liu)(liu)快速檢測(ce)集成芯(xin)片(pian)設計(ji)，32位CPU快速計(ji)算與人工智能(neng)分析(xi)電(dian)(dian)路故(gu)障類型，完(wan)成切(qie)斷直接短路及過(guo)流(liu)(liu)保護等快速保護，實現“0”內(nei)阻電(dian)(dian)路保護措施，

模塊詳細(xi)介紹如下：因設(she)(she)備使(shi)用時(shi)(shi)誤操作(zuo)導(dao)致設(she)(she)備出現短路、過流(liu)、漏電(dian)等現狀時(shi)(shi)，智能(neng)保護系統(tong)直(zhi)接啟動保護，通過主控(kong)芯片進(jin)行(xing)控(kong)制，直(zhi)接切斷電(dian)源并蜂鳴聲告警，保護時(shi)(shi)間可根(gen)據(ju)用戶需求(qiu)進(jin)行(xing)出廠設(she)(she)定，在設(she)(she)定時(shi)(shi)間內如未排除故障，設(she)(she)備無法二次上電(dian)；保護系統(tong)啟動工作(zuo)時(shi)(shi)，電(dian)源保險(xian)絲(si)不會(hui)燒毀(hui)，避免經(jing)常更換保險(xian)絲(si)。

智能保護系統：

2.直流(liu)電(dian)源：配置±5V/1A、±12V/0.5A全數(shu)字(zi)(zi)化設(she)計（可(ke)數(shu)字(zi)(zi)化設(she)置啟停），提供2路隔(ge)(ge)離(li)(li)電(dian)源0-30V/0.2A連續可(ke)調(diao)穩(wen)壓(ya)(ya)(ya)電(dian)源，2路通道(dao)獨立(li)24位AD采(cai)樣，電(dian)壓(ya)(ya)(ya)電(dian)流(liu)顯示(shi)誤(wu)差3個字(zi)(zi)以內，可(ke)拓展(zhan)4-20ma電(dian)流(liu)接口(kou)(kou)，電(dian)流(liu)輸(shu)出(chu)(chu)采(cai)用品牌(pai)隔(ge)(ge)離(li)(li)模塊隔(ge)(ge)離(li)(li)，恒(heng)流(liu)源電(dian)流(liu)保護值(zhi)輸(shu)出(chu)(chu)功(gong)率可(ke)200mA-0.9A任意設(she)置，具(ju)有1鍵進入恒(heng)壓(ya)(ya)(ya)恒(heng)流(liu)模式，調(diao)節精(jing)度(du)0.01V/1mA，具(ju)有3檔(dang)速度(du)調(diao)節，編碼(ma)器設(she)置功(gong)能(neng)(neng)，默認輸(shu)出(chu)(chu)6V(10mA)和12V（10mA），具(ju)有電(dian)壓(ya)(ya)(ya)斷(duan)電(dian)保持功(gong)能(neng)(neng)，能(neng)(neng)量吸收功(gong)能(neng)(neng)，滿足實驗指導書的需求(qiu)，可(ke)通信設(she)置電(dian)壓(ya)(ya)(ya)電(dian)流(liu)，恒(heng)壓(ya)(ya)(ya)和恒(heng)流(liu)模式，具(ju)有電(dian)壓(ya)(ya)(ya)電(dian)流(liu)顯示(shi)功(gong)能(neng)(neng)，具(ju)有通信接口(kou)(kou)及(ji)全網絡數(shu)據監測功(gong)能(neng)(neng)，可(ke)擴展(zhan)LABVIEW等云端監控(kong)工(gong)具(ju)

外(wai)部圖文說明-正面面板：

外(wai)部(bu)圖文(wen)說(shuo)明-背面掛(gua)箱底(di)座（30度ABS開模底(di)座）：

內部核心模塊：

3.儀表監控模塊：

（1）直流數(shu)字電壓(ya)表：精度：0.2 級(ji)，滿量程500V，電壓(ya)：0-500V，5檔(dang)量程（500mV-5V-50V-500V-鎖(suo)定），帶(dai)4-20mA電流輸出口；

（2）直流(liu)數字電流(liu)表：精度(du)：0.2級，電流(liu)：0-2A，全量程內阻15m，5 檔量程（2mA-20mA-200mA-2A-鎖定(ding)），帶4-20mA 電流(liu)輸出(chu)口；

以上儀表采(cai)(cai)用(yong)(yong)工(gong)業級柜裝≥48mm*96mm，有專用(yong)(yong)黑色10mm厚度顯示面板(ban)帶4個穩定支點，6位(wei)數碼顯示，用(yong)(yong)專用(yong)(yong)插接短接連接，采(cai)(cai)用(yong)(yong)輕(qing)觸開關，模具紅色軟(ruan)體設計，白(bai)色激光雕字。

（3）人機交互界面采(cai)用集成化設計(ji)，可(ke)直(zhi)接在(zai)軟件界面進行產品選擇和實(shi)驗選擇；能(neng)在(zai)同一(yi)屏(ping)幕顯示多個波形(xing)(xing)窗口(kou)(kou)，支(zhi)持(chi)窗口(kou)(kou)布局操作(zuo)；支(zhi)持(chi)任意不少于(yu)8個變量的實(shi)時波形(xing)(xing)及(ji)文本(ben)顯示，能(neng)實(shi)時保存及(ji)回顯。支(zhi)持(chi)運(yun)行狀態及(ji)故障狀態顯示；支(zhi)持(chi)任意8個變量的實(shi)時修改；

（四）數據(ju)采(cai)(cai)集(ji)(ji)部分：完成LABVIEW界面(mian)控(kong)制，具(ju)8路差分信(xin)(xin)號(hao)（或16路單(dan)端(duan)(duan)信(xin)(xin)號(hao)）、2路模(mo)擬信(xin)(xin)號(hao)輸(shu)(shu)出(chu)、6路數字信(xin)(xin)號(hao)輸(shu)(shu)入(ru)/輸(shu)(shu)出(chu)、1路PWM輸(shu)(shu)入(ru)、1路計數器及2路PWM輸(shu)(shu)出(chu)；操(cao)作(zuo)(zuo)系統支持winXP/Vista/Win7/Win8/Win10，可匹配LABVIEW、LABwindows/CVI、VB.net、C#、delphi、matlab、Vc,QT,Python控(kong)制；采(cai)(cai)集(ji)(ji)卡安裝在實驗掛(gua)箱表(biao)面(mian)，引出(chu)信(xin)(xin)號(hao)接(jie)口；數據(ju)采(cai)(cai)集(ji)(ji)模(mo)塊需(xu)外置固定于(yu)操(cao)作(zuo)(zuo)面(mian)板(ban)上，便(bian)于(yu)學生(sheng)了解(jie)數據(ju)采(cai)(cai)集(ji)(ji)卡的(de)結構組成，所(suo)有接(jie)線(xian)(xian)信(xin)(xin)號(hao)均引出(chu)至快速接(jie)線(xian)(xian)端(duan)(duan)子，學生(sheng)可在端(duan)(duan)子上進行接(jie)線(xian)(xian)操(cao)作(zuo)(zuo)，以求經久耐用采(cai)(cai)用防(fang)觸電護套專用導線(xian)(xian)及工(gong)業“U”型端(duan)(duan)子同時操(cao)作(zuo)(zuo)，一體(ti)化設計，避免模(mo)塊產權糾紛。

（五）自(zi)動控制與計算機控制實(shi)驗(yan)部(bu)分：為了方(fang)便統一管理，實(shi)驗(yan)模塊宜采用模塊式、積(ji)木式等結構，由(you)多個掛件組合(he)而成，方(fang)便維護，采用高分子材(cai)料面板，尺寸195mm*130mm*300mm（長*寬*高）

1.自控原理實驗模塊：階躍信號發生器(qi)(qi)單元：輸出幅度0～±10V可調；由運放、電(dian)容(rong)、電(dian)阻、電(dian)位器(qi)(qi)和一些(xie)自由布線區等組成(cheng)通用運放單元，可以(yi)模擬各(ge)種(zhong)受控對象的數學(xue)模型。

2.計算機(ji)原理實驗(yan)模(mo)塊(kuai)：尺寸132x88x21mm，實驗(yan)模(mo)塊(kuai)采(cai)用2mm厚印制線(xian)路板(ban)制成，正面(mian)裝有實物(wu)對象(xiang)及元器件(jian)，反面(mian)為(wei)印刷線(xian)路，并焊(han)好相關的元器件(jian)，可采(cai)用優質鍍(du)鋅柱子完成電路電源供(gong)應，實驗(yan)模(mo)塊(kuai)采(cai)用磁吸式，方便更(geng)換，實驗(yan)模(mo)塊(kuai)正反面(mian)均安裝透明亞(ya)克力保護，配套(tao)以下實物(wu)對象(xiang)，

各(ge)實物模型詳細圖文說(shuo)明如下：

（1）溫(wen)度實物(wu)模(mo)型：加(jia)熱(re)(re)模(mo)塊(kuai)功率 12V  0~2A   0~24W；加(jia)熱(re)(re)裝置最大需可加(jia)熱(re)(re)溫(wen)度 90℃；加(jia)熱(re)(re)模(mo)塊(kuai)溫(wen)度輸出（模(mo)擬量(liang)）100mV/℃；加(jia)熱(re)(re)模(mo)塊(kuai)溫(wen)度測量(liang)范圍：0-100℃。

（2）直(zhi)流電機實物(wu)模型(xing)：直(zhi)流電機模塊功率(lv)12V/0.22mA（空載(zai)），3.5A（堵(du)轉(zhuan)）；直(zhi)流電機模塊轉(zhuan)速(su) 100~12000rpm；通過APC芯片(pian)搭建的模擬量(liang)轉(zhuan)PWM電路(lu)實現電機功率(lv)的無(wu)極調節。

（3）步進(jin)電機實物(wu)模型：步數：96步/圈（3.75°/步）；步進(jin)電機類(lei)(lei)型：四(si)相五(wu)線(xian)制；額定電壓：12V；電流：500mA；霍爾類(lei)(lei)型：四(si)磁極（2*S/2*N）。

（六(liu)）配(pei)套(tao)基于 LABVIEW 虛擬儀器開發(fa)實驗(yan)軟件：以上各實驗(yan)模塊(kuai)均配(pei)套(tao) LABVIEW程序(xu)(xu)，通(tong)過數據采(cai)集(ji)卡進行(xing)實驗(yan)，提供源代碼(ma)，學生可(ke)自行(xing)進行(xing)程序(xu)(xu)設定(ding)。

（七）HKSM-1型便攜式教學開發平臺（整批配置(zhi)二套(tao)）：采用(yong) PVC 工(gong)程塑料一(yi)次成(cheng)型，尺寸長350×寬260×高60mm，采用(yong)工(gong)業標準電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)線 220V 直(zhi)(zhi)(zhi)接(jie)(jie)(jie)供(gong)電(dian)(dian)，默(mo)認上電(dian)(dian)自啟動；同(tong)(tong)時額外(wai)預留 24V 供(gong)電(dian)(dian)接(jie)(jie)(jie)口(kou)以(yi)作備用(yong)，平臺具有(you)以(yi)太網、485、 USB 等(deng)多(duo)種通(tong)(tong)訊(xun)接(jie)(jie)(jie)口(kou)，2 種電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)供(gong)電(dian)(dian)接(jie)(jie)(jie)口(kou)及通(tong)(tong)訊(xun)接(jie)(jie)(jie)口(kou)位(wei)置(zhi)均布置(zhi)在實驗(yan)(yan)箱側(ce)面；實驗(yan)(yan)所(suo)需直(zhi)(zhi)(zhi)流(liu)可(ke)調電(dian)(dian)源(yuan)(yuan) 2 路，0-15V/0-200mA 連續直(zhi)(zhi)(zhi)流(liu)可(ke)調輸(shu)出，具有(you) 1 鍵進(jin)入恒壓(ya)恒流(liu)模式，調節(jie)精度(du)≤0.01V/1mA，具有(you) 3 檔速度(du)調節(jie)，編(bian)碼器設(she)置(zhi)功(gong)能， 默(mo)認輸(shu)出 6V(10mA)和 12V（10mA）滿足(zu)實驗(yan)(yan)項目的需求，可(ke)任意設(she)置(zhi)，具有(you)短路 保護(hu)且自動恢復(fu)，可(ke)一(yi)鍵恢復(fu)出廠(chang)設(she)置(zhi)；提供(gong) 2 路固定±5V、 ±12V、+3.3V、 +24V 常用(yong)固定電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)輸(shu)出，電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)輸(shu)出采用(yong)不(bu)同(tong)(tong)接(jie)(jie)(jie)口(kou)形(xing)(xing)式，以(yi)滿足(zu)多(duo)種實驗(yan)(yan)形(xing)(xing)式；具備 2 路虛擬(ni)示波器及虛擬(ni)信號源(yuan)(yuan)輸(shu)出口(kou)。

1.支(zhi)持(chi)虛(xu)擬儀器采集卡、 自動控(kong)制(zhi)實驗(yan)模(mo)塊(kuai)、計算機控(kong)制(zhi)實驗(yan)模(mo)塊(kuai)在(zai)開 發(fa)平臺上安裝，可隨(sui)時(shi)隨(sui)地進(jin)行實驗(yan)演(yan)示(shi)，此平臺支(zhi)持(chi)后期數字電路(lu)、模(mo)擬電路(lu)、

電(dian)路分析、單片機、虛擬儀器等(deng)實驗教學演示。

2.稱重(zhong)傳(chuan)感(gan)器實物模型：提供(gong) 0-6KG 稱重(zhong)傳(chuan)感(gan)器 ，壓力變送器輸(shu)出 100mV/KG，變送器輸(shu)出范圍(wei) 0-10V，通過測量重(zhong)量傳(chuan)感(gan)器電橋將重(zhong)量轉化為電壓線性輸(shu)出，采用 labview 軟(ruan)件進行自動換(huan)算(suan)。

3.可(ke)燃氣體傳感器(qi)實(shi)物模(mo)(mo)型：可(ke)檢測煙霧、可(ke)燃氣體，檢測濃度(du) 300-10000ppm，需測量在清潔空氣中電(dian)(dian)導率(lv)較(jiao)(jiao)低的二氧化錫材料電(dian)(dian)導率(lv)檢測，通過芯片變送為電(dian)(dian)壓(ya)模(mo)(mo)擬(ni)量輸出(chu)或通過比較(jiao)(jiao)器(qi)比較(jiao)(jiao)報警濃度(du)后直接輸出(chu)開關(guan)量。

4.人(ren)體熱釋(shi)電感(gan)應(ying)實(shi)物模型：輸入電壓 5V，重(zhong)復感(gan)應(ying)封(feng)鎖時間 2.5s，感(gan) 應(ying)范(fan)圍≥120 ° , 通過編(bian)寫 VI 程(cheng)序及面板(ban)設計，設計一個人(ren)體紅外感(gan)應(ying)樓道燈(deng)， 紅外探頭檢(jian)測到特(te)殊紅外（人(ren)體熱釋(shi)電）后發出信(xin)號(hao)給(gei)信(xin)號(hao)處(chu)(chu)理部分(fen)，信(xin)號(hao)處(chu)(chu)理

部(bu)分輸(shu)出高電(dian)平并(bing)延時一段時間，信號可重(zhong)復觸發。

5.度測(ce)(ce)量傳(chuan)感器實物模型：輸入電壓 4.5-5.5V ，輸出(chu)信號 0-3V ，測(ce)(ce)量范圍 0-99.9%RH，內置(zhi)變送器通過測(ce)(ce)量濕(shi)敏電容(rong)的參數將空氣濕(shi)度轉化為模擬量并輸出(chu)，采用 labview 軟件進行(xing)自動換(huan)算

三、設(she)備可完成實(shi)驗內容

（一）自控原理實驗

1.典型環節的(de)電(dian)路模擬(ni)

2.二階(jie)系統(tong)的(de)瞬態響(xiang)應(ying)

3.線(xian)性系統穩態誤差的研究

4.典型(xing)環節或系統頻率特性的測量

5.線性定常(chang)系統的串聯校(xiao)正

6.典型非線性環(huan)節的靜態特性

7.非(fei)線性系統的相平面分(fen)析法

8.非(fei)線性系統的描述(shu)函數法(fa)

9.系統能(neng)控性與能(neng)觀性分(fen)析

10.采樣控制(zhi)系(xi)統的(de)分析

（二）計算機控制技術實驗

1A/D與D/A轉換

2.數字濾波器

3.D(S)離散化方法的(de)研究

4.數字PID控制算法的研究(jiu)

5.串級控制算法的研(yan)究

6.最少拍控制算法的研究

7.線性(xing)離散系統的全狀態(tai)反饋控(kong)制(zhi)

8.直流電機閉環調速控制（實物(wu)）

9.溫(wen)度閉環PID控(kong)制（實物(wu)）

10.步進電機控(kong)制（實物(wu)）