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SBXZK-021信號與系統(tǒng)控制理論實驗裝置
信號與系統(tǒng)控制理論實驗裝置是自控/計控和型號系統(tǒng)二合一的教學(xué)實驗臺。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，可構(gòu)造出各種型式和階次的模擬環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)。還可進行以微機為控制平臺的計算機控制技術(shù)實驗教學(xué)，做到一機多用。
一、系統(tǒng)組成
1、電源：輸入單相三線～220V±10% 50Hz。輸出直流±5V/0.5A、±15V/0.5A、+24V/0.5A共五路，每路均有短路保護自動恢復(fù)功能。
2、電路模塊化設(shè)計：實驗單元均以模塊來劃分，實驗名稱與模塊名相對應(yīng)。模塊內(nèi)的電路在相應(yīng)的位置畫出，使實驗者一目了然。
3、交/直流數(shù)字電壓表
(1)直流數(shù)字電壓表：測量范圍0～20V，分200mV、2V、20V三檔，直鍵開關(guān)切換，三位半數(shù)顯，精度0.5級。
(2)數(shù)字式真有效交流毫伏表：測量范圍0～20V，分200mV、2V、20V三檔，直鍵開關(guān)切換，三位半數(shù)顯，頻帶范圍10Hz～1MHz,測量精度0.5%±2個字。
4、DDS函數(shù)信號發(fā)生器：
(1) 頻率、幅度數(shù)字電位器連續(xù)可調(diào)，無頻段選擇鍵和衰減鍵。
(2) 輸出頻率：0.00001Hz～2MHz，幅度分辨率0.1V；帶30W功率輸出模塊。
(3) 信號類型：能輸出正弦波、斜波、方波、矩型波、繼電特性、飽和特性、死區(qū)特性和間隙特性，有開關(guān)切換，同時有數(shù)碼管顯示波形相關(guān)信息。
(4) 可調(diào)參數(shù)：占空比調(diào)節(jié)、衰減可調(diào)節(jié)、-100%～+100%的直流偏置調(diào)節(jié)、相位差可調(diào)、頻率可調(diào)、幅度可調(diào)等；
（5）具有頻率測量（0～100MHz）、周期測量、正負脈寬測量、占空比測量和計數(shù)功能；
5、數(shù)顯模塊：實驗機自帶信號測量和信號顯示模塊，可測量信號電壓（-5V～+5V）、頻率、溫度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。
6、階躍信號發(fā)生器：由手控階躍發(fā)生（0/+5v、-5v/+5v），幅度控制（電位器），非線性輸出組。
7、2組采樣保持器：具有將連續(xù)信號離散后再由零階保持器輸出的功能。
8、外圍控制對象
1）步進電機（35BY48）轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角控制。
2）直流電機脈沖測速輸出及電壓測速輸出，實現(xiàn)電機的閉環(huán)控制。
3）溫度PID控制模塊，可調(diào)脈沖寬度輸入控制及電壓輸入控制加熱，熱敏電阻測溫（0℃～76.5℃）。
9、豐富的實驗單元電路：
1）運算模擬單元：提供8個OP07基本運放模擬單元（實驗用），每單元的輸入回路有6組0.5%精度電阻、或 5%精度電容，反饋回路有7組0.5%精度電阻、或5%精度電容，和1個運算放大器組成。另有擴展運放模擬單元，其一可調(diào)零放大器，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；其二校正網(wǎng)絡(luò)庫，可構(gòu)成各種校正環(huán)節(jié)；其三是2組整形模塊。
2）提供阻容元件庫：250K、500K電位器，2組0-999.9K直讀式可變電阻，多組電容。
3）1組D/A輸出:電壓0～5V 或-5V～+5V。
4) 4路A/D輸入:其中有2個通道為0～+5v電壓輸入，2個通道為-5v～+5v電壓輸入。
5) 提供精密基準(zhǔn)電壓+Vref和-Vref。
6) 定時和中斷單元：2組定時計數(shù)器和2路中斷源。
10、提供虛擬示波器：
1）2個通道模擬信號輸入：可測量相平面顯示，頻域?qū)?shù)幅頻、相頻曲線，幅相曲線等。
2）示波器的時域顯示方式：示波器的相平面顯示（X-Y）方式；示波器的頻率特性顯示方式有對數(shù)幅頻特性顯示、對數(shù)相頻特性顯示（伯德圖），幅相特性顯示方式（奈奎斯特圖），時域分析（弧度）顯示方式。
3）示波器的計算機控制顯示方式。
11、中央處理器采用Intel8088 CPU，方便計算機控制技術(shù)軟件編程；RS232總線接口與上位機通訊（可以USB接口通信），含有上位機總清復(fù)位和人工總清復(fù)位電路，含有自動鎖零和人工鎖零功能。
12、實訓(xùn)桌體：采用符合人體工學(xué)的平斜面設(shè)計，采用優(yōu)質(zhì)工業(yè)鋁型材4040框架，封板采用鋁塑板，下面帶1個柜子，帶4個可鎖式腳輪便于移動。外形參考尺寸1600mm×680mm×1300mm。
13、實驗用電智能安全調(diào)控裝置（購10臺以上配1套）
1、特點
當(dāng)智能控制系統(tǒng)檢測到有漏電或觸電情景出現(xiàn)時，智能控制系統(tǒng)在0.1秒斷開連接，保證人身和財產(chǎn)安全；智能控制系統(tǒng)本身有故障指示燈，用戶可根據(jù)智能控制系統(tǒng)故障指示燈顯示判斷出當(dāng)前故障狀態(tài)，便于處理；智能控制系統(tǒng)有掛鎖功能，需要檢修時，在掛鎖位置上鎖，★防止他人上電，檢修更安全。可以采集現(xiàn)場輸出型裝置數(shù)據(jù)，通過多種物聯(lián)網(wǎng)通信方式上傳至云端，實現(xiàn)本地設(shè)備的遠程監(jiān)控。
2、功能
基于物聯(lián)網(wǎng)實驗室安全用電智能控制系統(tǒng)，可進行用電數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計、存儲、分析、查詢等。運用前端數(shù)據(jù)可視化技術(shù)將實時的用電數(shù)據(jù)展示在平臺上，并以圖表的形式提供可視化的用電信息查詢功能；運用數(shù)據(jù)庫技術(shù)實時監(jiān)測用電設(shè)備和線路運行狀況，對異常狀況及時告警，從而預(yù)防電氣火災(zāi)；運用用電系統(tǒng)故障定位技術(shù)及時發(fā)現(xiàn)并精準(zhǔn)定位用電故障點，自動生成故障報告，協(xié)助用戶第一時間修復(fù)用電系統(tǒng)故障；運用電能質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)實時分析和評估電能質(zhì)量問題，并提供定制化的治理方案，協(xié)助用戶獲得優(yōu)質(zhì)電能；運用大數(shù)據(jù)技術(shù)和行業(yè)數(shù)學(xué)模型統(tǒng)計、分析并挖掘基礎(chǔ)的用電數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)發(fā)掘節(jié)能潛力，從而提供能效優(yōu)化方案。滿足用電管理系統(tǒng)可視、安全、可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟的智慧用電模塊需求。
3、基于物聯(lián)網(wǎng)實驗室安全用電智能控制系統(tǒng)由執(zhí)行裝置與網(wǎng)機組成，技術(shù)參數(shù)分別為：
（1）執(zhí)行裝置技術(shù)參數(shù)
（1）極數(shù)：3P+N
（2）脫扣特性：C（5-10）In D（10-14）In
（3）額定電流：In 6A、10A、16A、20A、25A、32A、40A、50A、63A
（4）額定電壓：Ue AC 230V/400V
（5）額定頻率f：50Hz
（6）額定短路分?jǐn)嗄芰Γ?span lang="EN-US">Icu10kA
（7）殼架等級額定電流：Inm63A
（8）缺相保護：設(shè)備防燒毀保護模式
（9）漏電保護：元器件損壞保護模式
（10）過載保護：電流過大防燒毀模式
（11）短路保護：碰線防燒毀模式
（12）掛鎖保護：便于維修安全
（13）過溫保護：可監(jiān)測線路溫度
（14）過欠壓保護：防止造成人身事故和機械設(shè)備損壞
（15）漏電或觸電時0.1秒斷開
（16）故障指示燈，便于查看工作狀態(tài)
★（17）掛鎖功能，檢修更方便
（2）網(wǎng)機技術(shù)參數(shù)
（1）內(nèi)置STM32F103C8T6主控芯片
（2）外置8M無源晶振
（3）采用SP3485作為485通信芯片
（4）485防浪涌保護
（5）標(biāo)準(zhǔn)RS485接口，可直接串口設(shè)備
（6）智能型數(shù)據(jù)終端，便捷實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能
★（7）提供強大的中心管理軟件，方便設(shè)備管理
★（8）提供便捷的軟件升級和固件更新服務(wù)
★（9）提供數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)備份，方便查看歷史數(shù)據(jù)
（10）尺寸：89mm*67.5mm*20.5mm
（11）重量：70g
（12）電源：AC220V
（13）功耗：1.5W
（14）工作溫度：-25℃ - +70℃
（15）工作濕度：95%
（16）WiFi版最大下行傳輸速率：64kbps
（17）WiFi版最大上行傳輸速率：32kbps
提供有效、權(quán)威的證明文件，佐證該產(chǎn)品的可靠、安全、先進性。
二、實驗項目
信號與系統(tǒng)實驗
1、基本運算單元實驗
2、階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)實驗
3、連續(xù)時間系統(tǒng)的模擬實驗
4、有源、無源濾波器實驗
5、抽樣定理與信號恢復(fù)實驗
6、一階電路的暫態(tài)響應(yīng)實驗
7、二階電路傳輸特性實驗、二階網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)軌跡的顯示實驗、二階電路的暫態(tài)響應(yīng)實驗
8、二階網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的模擬實驗
9、矩形脈沖信號的分解實驗和矩形脈沖信號的合成實驗
10、諧波幅度對波形合成的影響實驗
11、AM調(diào)制與解調(diào)
12、FDM頻分復(fù)用實驗
13、信號的無失真?zhèn)鬏?/span>
自動控制實驗
1、線性系統(tǒng)的時域分析：
1）典型環(huán)節(jié)的模擬研究 ；
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、線性控制系統(tǒng)的頻域分析（伯德圖、奈氏圖）：
1）慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線；
2）二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線；
3）二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線 ；
4）頻率特性的時域分析。
3、非線性系統(tǒng)的相平面分析：
1）典型非線性環(huán)節(jié)；
2）二階非線性控制系統(tǒng)：
3）三階非線性控制系統(tǒng)。
4、線性系統(tǒng)的校正與狀態(tài)反饋:1)線性系統(tǒng)的校正；
① 頻域法串聯(lián)超前校正；
② 時域法串聯(lián)比例微分校正；
③ 時域法比例反饋校正 ；
④ 時域法微分反饋校正；
2)線性系統(tǒng)的狀態(tài)反饋及極點配置 。
5、采樣控制系統(tǒng)分析
6、模擬直流電機閉環(huán)調(diào)速實驗
7、模擬溫度閉環(huán)控制實驗
計算機控制技術(shù)實驗
1、數(shù)/模轉(zhuǎn)換實驗
2、模/數(shù)轉(zhuǎn)換實驗
3、采樣與保持：
1）采樣實驗；
2）采樣/保持器實驗；
3）采樣/保持控制系統(tǒng)分析舉例。
4、平滑與數(shù)字濾波實驗 ：
1）微分與平滑 ；
2）數(shù)字濾波 。
5、數(shù)字PID控制實驗：
1）標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法，
2）積分分離PID控制算法：
3）非線性PID控制算法；
4）積分分離--砰砰復(fù)式PID控制算法
6、最少拍控制系統(tǒng) ：
1）最少拍有紋波系統(tǒng)；
2）最少拍無紋波設(shè)計；
3）最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計舉例。
7、大林算法：
1）有明顯振鈴現(xiàn)象的大林算法及振鈴消除 ；
2）有微弱振鈴現(xiàn)象的大林算法及振鈴消除；
3）無振鈴現(xiàn)象的大林算法。
8、多變量解耦控制：
1）多變量解耦控制設(shè)計；
2）多變量解耦控制設(shè)計。
9、微機控制的二次開發(fā)
控制系統(tǒng)實驗
1、直流電機閉環(huán)調(diào)速實驗
2、溫度PID閉環(huán)控制實驗
3、步進電機調(diào)速實驗
4、模擬/數(shù)字混合溫度閉環(huán)控制實驗
三、實驗臺配置
|
序號 |
名稱 |
說明 |
數(shù)量 |
|
1 |
實驗臺體 |
全鋁合金3030型材組成，參考尺寸1200mm×680mm×1200mm |
1 |
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2 |
實驗主機 |
含箱體、工作電源、常用信號源、實驗電路等 |
1臺 |
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3 |
交流電源線 |
1.5m |
1根 |
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4 |
2號實驗導(dǎo)線 |
40cm |
25根 |
|
5 |
串口通信線（2、3直通） |
1.5m |
1根 |
|
6 |
實驗指導(dǎo)書 |
|
2本 |
|
7 |
學(xué)生凳 |
凳面是進口ABS注塑成型，凳腳中管直徑50mm，管壁厚度1.2mm |
1張 |
|
8 |
教師桌 |
根據(jù)用戶要求 |
1張 |
