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THBDC-1型控制理论 计算机控制技术实验平台 是我公司结合教学和时间的需要而进行精心设计的实验系统。适用于高校的控制原理,计算机控制技术等课程的实验教学。该实验平台具有实验功能全、资源丰富。、使用灵活、接线可靠、操作快捷、维护简单等优点
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第一部分 THBDC-1 型控制理论·计算机控制技术实验平台使用说明书
第一章 系统概述
“THBDC-1 型 控制理论·计算机控制技术实验平台”是我公司结合教学和实践的需要而进行
精心设计的实验系统。适用于高校的控制原理、计算机控制技术等课程的实验教学。该实验平
台具有实验功能全、资源丰富、使用灵活、接线可靠、操作快捷、维护简单等优点。
实验台的硬件部分主要由直流稳压电源、低频函数信号发生器、阶跃信号发生器、低频频
率计、交/直流数字电压表、数据采集接口单元、步进电机单元、直流电机单元、温度控制单
元、单容水箱、通用单元电路、电位器组等单元组成。
上位机软件则集中了虚拟示波器、信号发生器、VBScript 和 JScript 脚本编程器、实验仿
真、实验报告生成器等多种功能于一体。其中虚拟示波器可显示各种波形,有 X-T、X-
Y、Bode 图三种显示方式,并具有图形和数据存储、打印的功能,而 VBScript 和 JScript 脚本
编程器提供了一个开放的编程环境,用户可在上面编写各种算法及控制程序。
实验台通过电路单元模拟控制工程中的各种典型环节和控制系统,并对控制系统进行仿真
研究,使学生通过实验对控制理论及计算机控制算法有更深一步的理解,并提高分析与综合系
统的能力。同时通过对本实验装置中四个实际被控对象的控制,使学生熟悉各种算法在实际控
制系统中的应用。
在实验设计上,控制理论既有模拟部分的实验,又有离散部分实验;既有经典理论实验,
又有现代控制理论实验;而计算机控制系统除了常规的实验外,还增加了当前工业上应用广泛、
效果卓著的模糊控制、神经元控制、二次型最优控制等实验。
数据采集部分则采用实验室或工业上常用的 USB 数据采集卡。它可直接插在 IBM-PC/AT
或与之兼容的计算机 USB 通讯口上,其采样频率为 350K(理论值为 400K);有 16 路单端
A/D 模拟量输入,转换精度为 14 位;4 路 D/A 模拟量输出,转换精度均为 12 位;16 路开关量
输入,16 路开关量输出。
第二章 硬件的组成及使用
一、直流稳压电源
直流稳压电源主要用于给实验平台提供电源。有±5V/0.5A、±15V/0.5A 及+24V/1.0A 五路,
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每路均有短路保护自恢复功能。它们的开关分别由相关的钮子开关控制,并由相应发光二极管
指示。其中+24V 主用于温度控制单元和直流电机单元。
实验前,启动实验平台左侧的空气开关和实验台上的电源总开关。并根据需要将 ±5V、
±15V、+24V 钮子开关拔到“开”的位置。
实验时,通过 2 号连接导线将直流电压接到需要的位置。
二、低频函数信号发生器
低频函数信号发生器由单片集成函数信号发生器专用芯片及外围电路组合而成,主要输出
有 正 弦 信 号 、 三 角 波 信 号 、 方 波 信 号 、 斜 坡 信 号 和 抛 物 线 信 号 。 输 出 频 率 分 为
T1 、 T2 、 T3 、 T4 四 档 。 其 中 正 弦 信 号 的 频 率 范 围 分 别 为 0.1Hz ~ 3.3Hz 、 2.5Hz ~
86.4Hz、49.8Hz~1.7KHz、700Hz~10KHz 三档,Vp-p 值为 14V。
使用时先将信号发生器单元的钮子开关拔到“开”的位置,并根据需要选择合适的波形及频
率的档位,然后调节“频率调节”和“幅度调节”微调电位器,以得到所需要的频率和幅值,并通
过 2 号连接导线将其接到需要的位置。
三、锁零按钮
锁零按钮用于实验前运放单元中电容器的放电。当按下按钮时,通用单元中的场效应管处
于短路状态,电容器放电,让电容器两端的初始电压为 0V;当按钮复位时,单元中的场效应
管处于开路状态,此时可以开始实验。
四、阶跃信号发生器
阶跃信号发生器主要提供实验时的阶跃给定信号,其输出电压范围约为-10V~+10V,正负
档连续可调。使用时根据需要可选择正输出或负输出,具体通过“阶跃信号发生器”单元的钮子
开关来实现。当按下自锁按钮时,单元的输出端输出一个可调(选择正输出时,调 RP1 电位器;
选择负输出时,调 RP2 电位器)的阶跃信号(当输出电压为 1V 时,即为单位阶跃信号),实验开
始;当按钮复位时,单元的输出端输出电压为 0V。
注:单元的输出电压可通过实验台上的直流数字电压表来进行测量。
五、低频频率计
低频频率计是由单片机 89C2051 和六位共阴极 LED 数码管设计而成的,具有输入阻抗大
和灵敏度高的优点。其测频范围为:0.1Hz~9.999KHz。
低频频率计主要用来测量函数信号发生器或外来周期信号的频率。使用时先将低频频率计
的电源钮子开关拔到“开”的位置,然后根据需要将测量钮子开关拔到“外测” (此时通过“输入”和
“地”输入端输入外来周期信号)或“内测”(此时测量低频函数信号发生器输出信号的频率)。
另外本单元还有一个复位按钮,以对低频频率计进行复位操作。
注:将“内测/外测”开关置于“外测”时,而输入接口没接被测信号时,频率计有时会显示一
定数据的频率,这是由于频率计的输入阻抗大,灵敏度高,从而感应到一定数值的频率。此现
象并不影响内外测频。
六、交/直流数字电压表
交/直流数字电压表有三个量程,分别为 200mV、2V、20V。当自锁开关不按下时,它作
直流电压表使用,这时可用于测量直流电压;当自锁开关按下时,作交流毫伏表使用,它具有
频带宽(10Hz~400KHz)、精度高( ±5‰)和真有效值测量的特点,即使测量窄脉冲信号,
也能测得其精确的有效值,其适用的波峰因数范围可达到 10。
七、通用单元电路
通用单元电路具体见实验平台所示 U1~U18 单元、“反相器单元”和“无源元件单元”。这些
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单元主要由运放、电容、电阻、电位器和一些自由布线区等组成。通过接线和短路帽的选择,
可以模拟各种受控对象的数学模型,主要用于比例、积分、微分、惯性等电路环节的构造。一
般为反向端输入,其中电阻多为常用阻值 51K、100K、200K、510K;电容多在反馈端,容值
为 0.1uF、1uF、10uF。
以组建积分环节为例,积分环节的时间常数为 1s。首先确定带运放的单元,且其前后的
元器件分别为 100K、10uF(T=100K×10uF=1s),通过观察通用单元电路 U9 可满足要求,然
后将 100K 和 10uF 两引脚对应的插针使用短路帽连接起来。
实验前先按下“锁零按钮”对电容放电,然后用 2 号导线将单位阶跃信号输出端接到积分单
元的输入端,积分电路的输出端接至反向器单元,保证输入、输出方向的一致性。然后按下
“锁零按钮”和阶跃信号输出按钮,用示波器观察输出曲线,其具体电路如下图所示。
八、非线性单元
由两 个含 有非 线性元件的电路组成,一
个含有双向稳压管,另一个含有两个单向二极管并且需要外加正负 15 伏直流电源,可研究非
线性环节的静态特性和非线性系统。其中 10K、47K 电位器由电位器组单元提供。电位器的使
用可由 2 号导线将电位器引出端点接入至相应电路中。
但在实验前先断开电位器与电路的连线,用万用表测量好所需 R 的阻值,然后再接入电路中。
九、零阶保持器
零阶保持器为实验主面板上 U3 单元。它采用“采样-保持器”组件 LF398,具有将连续信号
离散后再由零阶保持器输出的功能,其采样频率由外接的方波信号频率决定。使用时只要接入
外部的方波信号及输入信号即可。
十、数据采集接口单元
数据采集卡采用 THBXD,它可直接插在 IBM-PC/AT 或与之兼容的计算机内,其采样频率
为 350K;有 16 路单端 A/D 模拟量输入,转换精度为 14 位;4 路 D/A 模拟量输出,转换精度
均为 12 位;16 路开关量输入,16 路开关量输出。接口单元则放于实验平台内,用于实验平台
与 PC 上位机的连接与通讯。
数据采集卡接口部分包含模拟量输入输出(AI/AO)与开关量输入输出(DI/DO)两部分。其中
AI 有 4 路,AO 有 2 路,DI/DO 各 8 路。
使用虚拟示波器观察一个模拟信号,可以用导线直接连接到接口中 AD 端(其中 AD3 和
AD4 两输入端有跟随器输入,而 AD1 和 AD2 通道没有,用户实验时可根据情况选择使用,但
在选择 AD3 和 AD4 通道时,两个通道必须同时有电信号输入,不能有悬空)。
另外,上位机软件编写的信号发生器,由数据采集卡的 DA1 输出。
十一、实物实验单元
包括温度控制单元、直流电机单元和步进电机单元,主要用于计算机控制技术实验中,使
用方法详见实验指导书。
4
第三章 THBDC-1 软件安装及使用说明
第一节 THBDC-1 软件安装说明
一、运行环境
项 目 描 述
CPU P4(2.2G)以上
内存 256M 以上
硬盘 不限
USB 支持 USB1.1 最好 USB2.0
操作系统 Windows2000 最好 WinXP
显示设备 17 寸
显卡 要求 64M 以上
二、软件安装
首先从提供的光盘上安装 USB 驱动程序及应用软件,USB 驱动程序安装和普通 USB 驱动
安装没有分别。这里就简单说明下,首先插入 USB 线,系统就会自动提示安装,如下图:
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熏蚝咩咩
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