杭州必晟電子設(shè)備有限公司GLZK-2型 自動控制原理及計算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)實驗儀是對應(yīng)本科自動化專業(yè)推出的新一代控制教學(xué)實驗設(shè)備，集VC++界面的集成環(huán)境軟件、多種高性能的嵌入式控制計算機(jī)、信號源、模擬實驗平臺、控制專用測量與分析儀器于一體，不需要再配備超低頻長余輝示波器及頻率特性分析儀等其他各種儀器，具有很高的性價比和教學(xué)效果，增加含電容觸摸的彩色液晶屏，只需一套實驗儀可完成“自動控制原理”的所有教學(xué)實驗，不需配備微機(jī)（用于虛擬儀器顯示、操作）。

一、主要特點

1、開放式的控制實驗平臺，極大提高實驗效率

（1）信號源：提供矩形波、正弦波、斜坡、階躍波、方波、微分脈沖等單信號源，并能同時發(fā)生兩種不同類型信號，其輸出幅度、寬度、頻率、斜率可在微機(jī)界面上設(shè)置；提供繼電特性、飽和特性、死區(qū)特性、間隙特性、延遲特性等非線性環(huán)節(jié)輸出，其輸出幅度、寬度、斜率可在微機(jī)界面上方便設(shè)置。

（2）模擬對象（8+4組運放單元）：采用模塊式結(jié)構(gòu)，提供實驗用基本運放模擬單元，構(gòu)成比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、比例微分環(huán)節(jié)，PID環(huán)節(jié)和典型的二階、三階系統(tǒng)等；電阻采用0.5%精度，電容采用5%精度。

提供阻容元件庫，包括0-999.9K直讀式電阻、電位器，多組電容等，以便校正環(huán)節(jié)設(shè)計。

（3）實際對象

a、溫控模塊由溫度載體和功率放大器、調(diào)節(jié)器、溫度傳感器、T／V轉(zhuǎn)換器等，可進(jìn)行離散增量型PID閉環(huán)控制、PWM方式PID閉環(huán)控制、位式閉環(huán)控制及外接烤箱類PID閉環(huán)控制。

b、直流電機(jī)模塊由直流電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動功率放大器、調(diào)節(jié)器、電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測傳感器等組成，可進(jìn)行直流電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)字PID閉環(huán)控制。

c、步進(jìn)電機(jī)模塊由步進(jìn)電機(jī)及轉(zhuǎn)盤等組成，可進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)字四相四拍、四相八拍方式工作，正、反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速控制。

PID控制及直接數(shù)字控制實驗的控制參數(shù)（包括采樣周期）可在微機(jī)界面上直接設(shè)定和修改，每項范例實驗的控制參數(shù)（包括采樣周期），都在界面上提供恰當(dāng)?shù)哪J(rèn)值。

（4）外設(shè)接口輸入、輸出模塊。

各單元之間的電路連接、單元內(nèi)的元件選擇都可以多種方式來操作，并允許用戶根據(jù)教學(xué)內(nèi)容來自行設(shè)計、開發(fā)相應(yīng)的實驗項目，從而全面支持控制課程的實驗教學(xué)及應(yīng)用開發(fā)。

2、高性能的控制專用測量與分析儀器，通過USB接口與微機(jī)連接

（1）4個通道超低頻數(shù)字存貯示波器，實時測量、顯示、游標(biāo)測量、波形存貯、波形回放等，采樣率500KHz，觸發(fā)極性分上升沿、下降沿；觸發(fā)通道分A、B二個通道；觸發(fā)電平可選；觸發(fā)方式：自動觸發(fā)、單次觸發(fā)、正常觸發(fā)。測量精度2.5mv～15v。

（2）頻率特性分析儀：自帶掃頻功能，在頻率特性實驗中采用掃頻方式；自動生成連續(xù)的閉環(huán)、開環(huán)伯德圖及奈氏曲線，能在一個界面上同時全部顯示；觀察時可任選一個進(jìn)行放大顯示，觀察方便直觀；可自動搜索諧振峰值和穿越頻率。用戶可在曲線上隨意增添頻率點，查找曲線上各頻率點的各特征參數(shù)，例如諧振頻率、諧振峰值，穿越頻率、相位裕度等。在所選頻率點全部測試完成后，可移動標(biāo)尺讀出各頻率點的相應(yīng)數(shù)值。用戶還可在界面上點擊某按鈕讀出已測頻率點的測試數(shù)據(jù)等值，分析實驗情況。具有圖形保存功能。其測量的頻率范圍為 0.01 rad/s～1000rad/s。

（3）X_Y 測量：將兩路測量信號以 X_Y 坐標(biāo)的形式顯示，具有波形刷新和波形存貯功能，可應(yīng)用于非線性系統(tǒng)的實驗特性研究。

（4）數(shù)字萬用表：具有自動量程切換功能，可進(jìn)行電阻、電容和電壓的測量。

3、VC++界面的集成環(huán)境軟件

提供集成環(huán)境軟件，集編輯器、項目管理、啟動編譯、連接、錯誤定位、下載、調(diào)試、實驗測量分析于一體，多種實驗儀、仿真器、多類型CPU仿真全部集成在一個環(huán)境下，操作方法完全一樣。支持實驗儀的監(jiān)控在線更新。可使用單步、宏單步、全速斷點（斷點數(shù)目沒有限制）、全速運行等多種調(diào)試手段。無須點擊的感應(yīng)式鼠標(biāo)提示功能。支持所有數(shù)據(jù)類型觀察和修改。自動收集變量于變量窗（自動、局部、模塊、全局）。支持ASM（匯編）、C語言，多種語言多模塊混合調(diào)試。功能強(qiáng)大的項目管理功能，含有調(diào)試該項目有關(guān)的實驗儀、所有相關(guān)文件、編譯軟件、編譯連接控制項等所有的硬軟件信息，下次打開該項目，無須設(shè)置，即可調(diào)試。符合編程語言語法的彩色文本顯示,所有窗口的字體、大小、顏色可以隨意設(shè)置。

4、新型控制實驗教學(xué)內(nèi)容

系統(tǒng)所支持的控制實驗是按照新自動控制和計算機(jī)控制教學(xué)體系來配備的，內(nèi)容由淺入深，層次分明，尤其是提供了多回路控制系統(tǒng)、模糊控制、單神經(jīng)元控制和現(xiàn)場總線控制這些新的實驗內(nèi)容。

自動控制原理實驗方面，系統(tǒng)提供了包括線性控制系統(tǒng)的時域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法以及系統(tǒng)校正和設(shè)計等方法的實驗研究，也提供了關(guān)于線性離散系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng)的實驗研究內(nèi)容；另外對于現(xiàn)代控制理論的教學(xué)，提供了狀態(tài)空間分析實驗。系統(tǒng)提供的“模擬PID閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)”，可作為大型課程設(shè)計內(nèi)容，使學(xué)生通過構(gòu)造模擬閉環(huán)控制系統(tǒng)，來真正掌握PID調(diào)節(jié)器的實際應(yīng)用規(guī)律。

系統(tǒng)提供的計算機(jī)控制實驗內(nèi)容主要包括：過程通道和數(shù)據(jù)采集處理、系統(tǒng)的數(shù)字程序控制、數(shù)字PID閉環(huán)控制、數(shù)字調(diào)節(jié)器直接設(shè)計方法的實驗研究，還有多回路控制系統(tǒng)、模糊閉環(huán)控制、單神經(jīng)元自適應(yīng)閉環(huán)控制和CAN網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場總線控制應(yīng)用實驗，從而可使學(xué)生對新型智能控制算法和基于CAN網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)有所了解和掌握。

在控制系統(tǒng)應(yīng)用實驗方面，系統(tǒng)提供了直流電機(jī)(快速)和溫度控制(慢速)兩種實驗對象，以構(gòu)成不同的閉環(huán)系統(tǒng)，從而可選擇不同的控制策略或控制參數(shù)，以得到很好的實時控制效果。

5、可選配實驗室智能管理功能

通過實驗室智能管理功能，學(xué)生可將實驗數(shù)據(jù)實時傳送到云服務(wù)器上，并生成實驗報告，教師則可在任何方便時間對學(xué)生的實驗報告進(jìn)行批改，對實驗效果進(jìn)行評價并評定成績。而學(xué)生可隨時訪問到自己上傳的實驗報告及教師的批改、評價結(jié)果，提高學(xué)生做實驗的積極性。為實驗教學(xué)管理的創(chuàng)新提供支持。

6、系統(tǒng)的保護(hù)設(shè)計提高了系統(tǒng)的安全性，近乎免維護(hù)

系統(tǒng)采用了良好的電路保護(hù)設(shè)計，極大程度避免實驗中可能造成的損壞；采用了高品質(zhì)穩(wěn)壓電源，具有過流過壓保護(hù)，使系統(tǒng)具有更加可靠的安全性，近乎免維護(hù)。

二、實驗

（一）自動控制原理實驗

1、線性系統(tǒng)的時域分析

（1）典型環(huán)節(jié)的模擬研究

包括：比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、比例積分環(huán)節(jié)、比例微分環(huán)節(jié)、比例積分微分環(huán)節(jié)（PID）

（2）二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性

（3）三階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性

2、線性系統(tǒng)的根軌跡分析

3、線性系統(tǒng)的頻域分析

包括：一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線、二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線、二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線

4、線性系統(tǒng)的校正與狀態(tài)反饋

包括：頻域法串聯(lián)超前校正、頻域法串聯(lián)遲后校正、時域法串聯(lián)比例微分校正、時域法局部比例反饋校正、時域法微分反饋校正、線性系統(tǒng)的狀態(tài)反饋及極點配置

5、非線性系統(tǒng)的相平面分析

（1）典型非線性環(huán)節(jié)

包括：測量繼電特性、測量飽和特性、測量死區(qū)特性、測量間隙特性

（2）二階非線性控制系統(tǒng)

包括：繼電型非線性控制系統(tǒng)、飽和型非線性控制系統(tǒng)、間隙型非線性控制系統(tǒng)

（3）三階非線性控制系統(tǒng)

包括：繼電型非線性三階控制系統(tǒng)、飽和型非線性三階控制系統(tǒng)

6、線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析

7、模擬PID閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)

（二）控制系統(tǒng)應(yīng)用實驗

1、直流電機(jī)PID控制

2、溫度PID控制

3、溫度PWM方式PID控制

4、溫度位式控制

5、烤箱PW M方式PID控制

6、步進(jìn)電機(jī)控制