自动控制理论及计算机控制技术实验台原理特点及应用
时间：2025-11-17 06:00:54 点击次数：
中人教仪厂 一、引言
随着科技的不断发展，自动控制课程课程理论及计算机数值数值控制技术在各个领域得到了广泛应用。为了适用实验教学的需求，本文将详细简介一款自动控制课程课程理论及计算机数值数值控制技术实验台的设计原理、功能特别点以及实际应用。
二、自动控制课程课程理论及计算机数值数值控制技术实验台的设计原理
1. 系统构造
自动控制课程课程理论及计算机数值数值控制技术实验台主要采用硬件设备和系统系统两部分构成。硬件设备含有概括传感器、执行器、控制器等；系统系统含有概括数值收集与处置整理模型块、控制算法设计模型块、实验成果解析模型块等。
2. 作业原理
实验台经过传感器就地实时收集被控对象的功能数值信息，然后将这些信息传输给控制器实行处置整理。控制器按照预先设定的控制策略，对执行器发出控制指令，从而完成对被控对象的精确控制。同时，实验台还可以经过计算机数值数值实行数值处置整理、控制算法设计以及实验成果解析等作业。
三、自动控制课程课程理论及计算机数值数值控制技术实验台的功能特别点
1. 丰富的实验项目
实验台提供了多种实验项目，涵盖了自动控制课程课程理论的基础原理和计算机数值数值控制技术的前沿应用。例如，PID控制器的设计与应用、模糊控制在机器人动作控制中的应用、智能交通系统的研究等。经过这些实验项目，学生可以深入理解自动控制课程课程理论及计算机数值数值控制技术的实际应用。
2. 开放式的教学环境
实验台应用了开放式的教学环境，支持多种编程语言和实操系统。学生可以按照自己的兴趣和需求，自由选用编程语言和实操系统实行实验实操。此外，实验台还提供了丰富的文档图纸文档实验指导书和在线技术支持，便利学生实行学习掌控把握和交流ACAC。
3. 强大的数值处置整理能力
实验台具备高功能的数值收集与处置整理能力，可以就地实时接收大量的数值并实行快速处置整理。经过对数值的深入挖掘和解析，学生可以更好地理解自动控制课程课程理论及计算机数值数值控制技术的内在逻辑。
4. 安全可靠的运行保障
实验台应用了严格的安全措施，保证实验过程的安全可靠。例如，实验台设定有多重备份功能，可以在发生故障时自动变换到备用系统；实验台还设定有权限管理功能，防止未经授权的人员访问实验数值和程序。
四、自动控制课程课程理论及计算机数值数值控制技术实验台的实际应用
1. 工业生产自动化
在工业生产中，自动控制课程课程理论及计算机数值数值控制技术实验台可以用来完成生产过程的自动化控制。例如，经过实验台设计的plc控制系统，可以完成对生产线物料供应、生产任务分配等环节的精确控制，提升生产效率和设备重量。
2. 交通运输领域
在交通运输领域，自动控制课程课程理论及计算机数值数值控制技术实验台可以用来研究智能交通系统的组建和管理。例如，经过实验台设计的车辆流量监测与调度系统，可以完成对城市道路交通状况的就地实时监测和优化调度，缓解交通拥堵问题。
3. 机器人技术
在机器人技术领域，自动控制课程课程理论及计算机数值数值控制技术实验台可以用来研究机器人的动作控制和智能决策。例如，经过实验台设计的机器人路径规划与导航系统，可以完成机器人在复杂环境中的自主寻路和避障功能，提升机器人的实用性和适应性。
-J-19B 自动控制课程课程理论及计算机数值数值控制技术实验台
一、基础简介
自动控制课程课程理论及计算机数值数值控制技术实验台能够适用《自动控制课程课程理论》、《计算机数值数值控制技术》和《现代控制课程课程理论》的实验教学要求，系统可应用模仿、拟真和数字RTW就地实时控制等多种方法开展实验教学。用户可按照需要选用电机转动速度控制、温度（℃）控制和液位控制系统等实物对象，经过对实物对象的拟真和RTW就地实时控制实验，来解析速度闭环系统、温度（℃）闭环控制等自控和计控经典的控制原理和方法。整个实验装置集运放模仿、实际物理对象、计算机数值数值检验测试与控制于一体，有助于激发学生的实验兴趣，提升学生的课程课程理论理解能力和实践动手能力，是各高校理想的实验设备。
实验装置参考图片（电脑可单单独配备）
二、设备特别点
1、系统集模仿、拟真和数字RTW就地实时控制为一体，实验由浅入深，由模仿到数字循序渐进，将传统和现代的教学模式相集合，方便教和学。
2、实验台除了模仿电子回路环节，提供了转动速度闭环系统、温度（℃）闭环系统（大滞后）、位置随动系统和二阶液位系统等四种设定有代表性的实物为自控和计控的实验对象，供学校选用。
3、系统配备了I/0板卡、数值收集控制板和计算机数值数值，可在MATLAB/Simulink环境下完成自控和计控的计算机数值数值拟真和硬件在环（HIL）就地实时控制系统实验。
4、系统提供了"Actlab自动控制课程课程理论实验室"（Automatic Control Theory Lab）和LAB_CC计算机数值数值控制实验室（LAB_Computer Control）系统，可应用数学建模、系统拟真和RTW就地实时控制等方法完成实验，使学生经过系统实验建立起科研的思路。
5、提供了开放的硬件和系统研发环境，为学生实行自主创新实验提供了条件；
三、实验项目
1、自动控制课程课程理论实验和RTW就地实时控制实验
1）经经典型环节的电子回路模仿与系统拟真研究；
2）经经典型系统动态功能和平稳性解析；
3）经经典型环节（或系统）的频率特性测量；
4）线性系统串联校正；
5）经经典型非线性环节的静态特性；
6）非线性系统相平面法；
7）非线性系统描述函数法；
8）极点配备线性系统全状态反馈控制；
9）采样控制系统动态功能和平稳性解析的混合拟真研究；
10）采样控制系统串联校正的混合拟真研究。
2、计算机数值数值控制技术的拟真和RTW就地实时控制实验
1）A/D与D/A变换
2）数字滤波
3）D(S)离散化方法的研究
4）数字PID控制的算法研究
5）串级控制的算法研究
6）解耦控制的算法研究
7）二维模糊控制器特性及其应用的研究
8）线性离散系统全状态反馈控制的算法研究
9）设定有纯滞后系统的大林控制算法研究
10）最小拍控制的算法研究
11）积分分离PID控制算法研究
12）Smith预估补偿算法研究
3、实物控制对象的拟真和RTW就地实时控制
1）直线DC电机速度闭环系统实验；
2）温度（℃）闭环控制系统实验；
3）水箱液位闭环系统实验。
四、实验台技术说明
1、技术条件
1）写入电源：一相220VAC±5%/50Hz，装置容量（KV）：< 200VA；
2）作业环境：温度（℃）-10℃～＋40℃，相对湿度≤85%，海拔≤4000m；
3）重 量：< 50kg；
4）实验台尺寸：L×W×H=1650mm×750mm×780mm；
2、实验台构造说明
由铝制控制屏、实验模型块、实验桌和实验实验连接线等构成。实验模型块由交流ACAC电源、运放模仿环节、控制计算机数值数值（学校自备）及I/O板卡、数值收集控制板和控制对象等构成。
3、系统配备
*（1）控制屏：由电源单元、数值处置整理单元、元件单元、3个非线性单元以及9个模仿电子回路单元等共16个单元构成。
1）U1电源单元：含有概括电源开关、保险丝、＋5V、－5V、＋15V、－15V、0V 以及0V～15V 可调电源，提供实验作业电源。
2）就地实时收集数值处置整理单元：USB2.0连接口，内部含有多路A/D收集写入通道和D/A输出通道。
模仿量写入：8路12位A/D采样精确度，±10V电平写入，200K采样速率。可同步收集多路模仿量信号写入；
模仿量输出：2路12位D/A输出，±10V电平输出。
数字量通道：8路TTL写入，8路TTL输出。
双踪示波卡功能：双路16位A/D采样精确度，1M采样速率，40K采样深度。集合上位机系统，用以完成虚拟示波器、测量试验信号发生器等功能。
3）U4元件单元：由运放及外围元件包括。
4）U5－U7 3 个非线性环节单元：由运放及外围元件包括。
单元U5可选用设定有死区特性或间隙特性的非线性环节模仿电子回路。单元U6为设定有继电特性的非线性环节模仿电子回路。单元U7为设定有饱和特性的非线性环节模仿电子回路。
5）U8－U16 9 个模仿电子回路单元：由运算放大器与电阻，电容等器件构成的模仿电子回路单元。其中U8为反相器。U9－U16的每个单元均有场效应管构成的锁零电子回路和运放调零电子回路。
（2）控制对象配备
1）电机转动速度闭环控制系统
应用力矩电机，可准确地反应出控制效果，实行电机转动速度闭环控制。转动速度经过光电码盘实行检验测试，并变换后输出 1～10V 转动速度信号。在操作面板上设定有 1 只 0～10V 直线DC电压（V）表和 1 只转动速度表，可用来电压（V）测量和转动速度指示。
2）温度（℃）闭环控制系统
该模型应用热风控制，基于流体温度（℃）控制原理，模仿汽车发动机燃烧温度（℃）检验测试控制。其特别点是反应速度快，控制效果好，可适用《自动控制原理》、《现代控制课程课程理论》等课程的教学要求。
实验内容：
a.模仿调动器控制的温度（℃）控制实验；
b.开环控制的温度（℃）控制系统实验；
c.闭环控制的温度（℃）控制系统实验；
d.温度（℃）干扰控制系统实验。
3）二阶液位控制系统
系统由水箱、电源、传感器、水泵、管路及金属框体结构构成。
水箱3只：2只控制水箱和1只储水箱。2只控制水箱安置在上下两层，其主要任务是为完成二阶液位特性实验和水箱液位控制实验。在控制水箱的下部装配了两水阀，打开时可以充当干扰的作用。储水箱的主要作用是储水用的。向控制水箱提供水，同时也担任把水回收的重要任务。电源模型块：主要为水泵和传感器提供电源、系统的反馈信号等。金属框体结构：主要装配水箱、管路、水泵、液位传感器等实验元件，包括二阶液位控制对象：水泵：是系统的供水系统，经过系统的设定值和反馈信号达到液位控制的目的。
*（3）上位机控制系统功能简介
1）Actlab自动控制课程课程理论实验室系统说明
应用LabVIEW设计而成，可实行实验项目选用与编辑，数值收集，特性弯弯曲线的解析、对比、文件存取等。
主要功能:
①数字显露幅值和频率；
②可完成光标跟踪定位和测量；
③实验波动线的存储；
④应用同一界面化编程，去除了很多级联菜单，可以同时频域特性两种表示方法；如频域实验中，Bode Plot、Nyquist Plot、X-t Plot均在同一界面显露，可以同时对比直观地看到频域特性两种表示方法特别点。界面丰富,色彩可以按照需要应用多种色彩结合,界面对比丰富形象化。
⑤可在同一图形控件中同时显露多条波动线。波动线显露与否是可选的，可以在同一图形控件中同时显露多条波动线，也可以全部不显露。
实验中，多加了"暂停"功能，这一功能将不会使实验过程中断，重新开始实验；实验过程中可以随意改变实验功能数值，不需要停止实验。实验运行中，也可以随意更换A/D、D/A端口，不需要停止实验，只需要将硬件上的接线更换。
实验波动线数值是就地实时收集上来的数值，在不"暂停"的现象下，可以改变硬件上的功能数值或者系统上的实验功能数值，收集上来的实验波动线就地实时更新。
2）计算机数值数值控制实验室系统说明
计算机数值数值控制实验室系统与实验台包括了计算机数值数值控制技术实验系统。计控实验内容覆盖了计算机数值数值控制技术课程全部知识点，实验模式含有Matlab拟真实验、运放模仿对象实验、实物对象控制实验。
五、结语
自动控制课程课程理论及计算机数值数值控制技术实验台为学生提供了一个综合性强、实用价值高的实践平台。经过参与实验台的设计和实操，学生不仅可以掌控把握自动控制课程课程理论的基础原理和计算机数值数值控制技术的前沿应用，还可以培养自己的创新能力和团队协作精神。随着科技的不断发展，相信自动控制课程课程理论及计算机数值数值控制技术实验台将在更多领域发挥重要作用。
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