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YKGJK-2型计算机控制技术实验装置

Date: 2018-07-13
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一、产品概述

“YKGJK-2型计算机控制技术实验装置”是我公司根据《计算机控制技术》、《自控原理技术》相关教材,并结合教学和实践的需要而进行精心设计的实验系统。它适用于高校的自动化、测控技术与仪器、计算机控制技术等专业实验教学。该产品技术性能稳定可靠,实验灵活方便,有利于培养学生的动手能力,是高等院校等理想的教学设备。

YKGJK-2型计算机控制技术实验装置

二、系统特点

实验装置整体采用钣金结构、主体采用2mm厚的钣金加工,左边配有实验工具抽屉,中间设有工控机放置支架,右边配有键盘及鼠标抽屉,控制屏左边为实验电路区,配有实验电路板,实验电路板采用新型优化设计,电路中的电阻电容采用专业短路接头连接,使其不用各种导线都可以接入或切除。整个设备还配套双容模型水箱,采用铝型材结构加蓝色透明水箱组成。桌体延伸放置水箱模型及显示器。

YKGJK-2型计算机控制技术实验装置

三、设备能完成的实验功能

1、计算机控制技术实验项目

实验一   输入输出通道实验;

实验二   数字滤波实验;

实验三   离散化方法实验;

实验四   PID控制器设计实验;

实验五   串级控制算法的实验;

实验六   解耦控制算法的实验;

实验七   最少拍无差控制实验;

实验八   针对纯滞后系统的大林算法控制实验;

实验九   线性离散系统的全状态反馈控制实验;

实验十   单闭环直流调速系统实验;

实验十一  步进电机转速控制系统实验;

实验十二  温度控制系统实验;

实验十三  单容水箱液位控制实验;

实验十四  双容水箱闭环控制实验。

2、自控原理实验项目

实验一  典型环节的特性实验;

实验二  二阶系统的瞬态响应实验;

实验三  高阶系统的动态和稳态实验;

实验四  线性定常系统的稳态误差分析实验;

实验五  典型环节和系统频率特性的测量实验;

实验六  线性定常系统的串联校正实验;

实验七  典型非线性环节的静态特性分析实验;

实验八  非线性系统的描述函数法分析实验;

实验九  非线性系统的相平面分析法实验;

实验十  系统能控性与能观性分析实验;

实验十一  控制系统极点的配置实验;

四、技术性能

1.输入电源:单相三线AC220V±10%  50/60Hz

2.工作环境:温度-10℃~+60℃ 

3.相对湿度:<85%(25℃)海拔<4000m

4.外形尺寸约:1620mm×730mm×1300mm

五、系统整体配置说明

1、系统组成:

(1)直流稳压电源

±5V/3A、±15V/1A、+24V/3A共五路,每路均有短路保护自动恢复功能。具有阶跃信号发生电路:输出幅度0~±15V可调。

(2) 双通道函数信号发生器

采用大规模FPGA 集成电路和32 位高速ARM 微处理器,内部电路采取表面贴片工艺,大大提高了仪器的抗干扰性和使用寿命。显示界面采用2.4 寸TFT 液晶显示屏,具有320*240 高分辨率,能够显示两个通道的所有参数并且提示当前的按键功能,高效地利用了按键资源,避免了用户频繁地按键操作,大大地增强了可操作性。本仪器在信号产生、波形扫描、参数测量以及使用方面都有很大的优势,是电子工程师、电子实验室、生产线及教学、科研的理想测试、计量设备。主要参数如下:

1)信号输出幅度范围:5mVpp~20Vpp;

2)分辨率可达1mVpp;频率计范围:0.01Hz~100MHz;扫描时间范围:0.01s~999.99s;

3)偏置电平-10V~10V任意可调;每个功能都有独立的操作界面;

4)频率范围:0.2Hz~2MHz;

5)输出调制频率扫描、幅度扫描、占空比扫描、FSK、猝发;

6)波形种类:正弦波、方波、三角波、锯齿波;

7)输出保护:短路保护,抗输入电压±35V(1分钟);

8)输出幅度指示,采用2.4寸TFT液晶显示屏,具有计算机接口。

YKGJK-2型计算机控制技术实验装置

2. 实物及相关电路

实验电路模块主要由单元电路板、直流电机、步进电机、温度加热器四部分组成。主要包括以下内容:

1实验电路板上应该有通用运放电路、微分电路、积分电路、加法器电路,并在上述电路的输入端和反馈端配置冗余的电容、电阻和电位器,他们可以通过短路块实现接入或切除,可以模拟各种被控对象。实验电路板应该留有一些自由布线区。要求实验电路板采用新型优化设计。

2直流电动机组应能够施加负载力矩,以便完成直流电机双闭环控制实验。步进电机与其驱动电路连接可完成步进电机转速控制实验。主要由直流电机、转盘、F/V转换电路、驱动电路等几部分组成。

3温度控制系统由温室(透明有机玻璃制成)、温度加热器(功率为50瓦)、温度传感器、风机等部分组成,以便实现温度控制实验。

3、数据采集板卡

YKGJK-2型计算机控制技术实验装置

本装置采用研华PCI Express总线多功能数据采集卡,型号为PCIE-1810,支持Labview\MATLAB、支持PCI插槽:具体参数要求如下:

1)16路单端模拟输入,分辨率12位,采样率单通道800kS/s,多通道500kS/s;

2)2路模拟量输出,分辨率12位,500kS/s,转换速率20V/μs;

3)模拟量输入输出支持模拟和数字触发,多种触发模式;

4)24路可编程数字I/O通道;

5)2个32位可编程计数器/定时器,板载4k FIFO;

6)支持微软Windows8(仅桌面控制模式)/7/XP。

7)支持常见多种编译语言:C#,C++,LabVIEW,VB.Net,BCB,MFC,VB6,Delphi,Java,Matlab,Qt

4、工控机系统:

YKGJK-2型计算机控制技术实验装置

采用研华工控机IPC-610L/AIMB-501G2/I5-2400/4G/1T/K+M,具体参数:

处理器I5-2400,

内存:4G,

硬盘:1T,

包含键盘鼠标,

显示器:19.5寸,

5、配套双容水箱模型

YKGJK-2型计算机控制技术实验装置

1)双容水箱模型主要由有机玻璃水箱,水槽、水泵、和液位压力传感器、控制阀门、水管、供电电源等部件组成。要求采用工业级全铝合金框架结构,非钣金加工,整体尺寸约:500×200×650 mm;

2双容水箱,水槽:采用6mm厚度的透明有机玻璃材料,水箱正面标有水位标尺,内部有设有缓冲槽;

3水泵:直流24V,直流无刷,磁力驱动,可调速控制流量;静态杨程6米;最大流量960L/H;工作寿命大于20000小时;具有缺水自动保护功能;防护等级:IP68。

4液位压力传感器:配置2个0-5kAP液位传感器,可对上下水箱进行液位测量,储水箱采用304不锈钢材质。

5开关电源:配置高性能DC24V/1.5A开关电源。

6、多功能电机调速单元(整体项目配置一套)

YKGJK-2型计算机控制技术实验装置

1由有机玻璃保护罩,电机主控制单元,电机驱动单元和电机转速显示单元等部件组成。并且必须配置多种电机和多种电机控制实验项目,例如电机的开环控制、速度闭环控制、PID转速带负载控制,电流/力矩闭环控制、双闭环控制等要求。电机的特性曲线显示。

2驱动板底部必须自带大扇热片,利于温度扩散,更适合高温、大电流、强负荷的场合中稳定使用;支持霍尔位置检测、增量编码器位置检测;支持可调电阻调试;支持过温指示、IPM报警(过温、过流、过压)输出;可支持IPM温度测量,具有过温LED指示;

3电机转速单元提供便于观测电机调试过程中的曲线变化和利于PID参数调整的显示界面。

4系统支持直流无刷、永磁同步电机、三相异步电机等功率150W

以上的电机,还包括可变负载的装置和固定电机的导轨等。

六、系统上位机软件说明

1、采用Matlab软件进行编写界面及算法,主要包含各参数设置界面、波形显示、信号显示、Matlab仿真、实验管理等,通过Matlab算法数据进行运算,并通过配套采集卡进行对象控制。

2、通过Matlab编写计算机控制系统实验平台,通过2种模式实现计算机控制算法,一种采用Matlab软件编写算法,实现仿真与计算机控制;一种采用嵌入式平台完成计算机控制。

3、软件界面设置有关键实验算法补充窗口(学生可自行设计算法),提供自恢复按钮功能,当学生进行恢复使用时,可点击进行软件自带提供算法进行实验。

4、本装置中的配套软件开放源代码,学生及教师可以进行扩展功能及做后续软件算法研究。提高了计算机控制设备的研究性设计实验和学生课程设计模型参考。

七、典型实验项目说明

1、数字滤波实验项目说明

1)数字滤波算法需包括:一阶惯性滤波、平均滤波、移动平均滤波、防脉冲干扰滤波;

2)滤波结果需要反映出每种滤波算法的优势;

3)给出每种滤波算法的截止频率;

4)滤波器的输入波形至少有一种是由50Hz正弦波(理想被测信号)叠加干扰信号构成,干扰信号的幅值大于1V,频率小于等于500Hz;

5)滤波控制系统的采样点数一个周波(20ms)64点时,滤波效果要好(平滑、幅值衰减小、相位滞后小)。

2、PID控制器设计实验项目说明

1被控对象:两个惯性环节串联后的单位闭环

两个惯性环节串联的传函。

再进行单位负反馈闭环形成被控对象传函。

针对被控对象Ga(s),设计控制器,再进行闭环控制。

2单位阶跃输入,采样周期T=0.01秒,参数整定方法:

参数整定方法需有:反应曲线法、衰减曲线法。

每种参数整定方法需要给出整定的参数和输出波形。

3单位阶跃输入,采样周期T=0.01秒,最佳PID参数控制效果要求:

超调量≤8%,调节时间在0.15秒以内(3%误差带)。

3、最少拍控制实验项目说明

1最少拍被控对象;

2列写出G(z)表达式;

3单位阶跃输入,选取采样周期T=0.1秒,要显示最少拍无差有波纹控制方式下的系统输出变量C(z)波形和控制器输出变量U(z)的波形;

4单位阶跃输入,选取采样周期T=0.1秒,要显示最少拍无差无波纹控制方式下的系统输出变量C(z)波形和控制器输出变量U(z)的波形。

4、大林算法实验项目说明

1用单片机或FPGA实现滞后控制对象,滞后时间可以设定。

2采用大林算法进行控制,:取τ=0.5,采样周期T=0.1秒,控制后的闭环传函。    

3单位阶跃输入,要显示大林算法控制方式下的系统输出变量C(z)波形和控制器输出变量U(z)的波形。

若需了解更多内容,

 

请拨打我司咨询电话:0755-82709812

 

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