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北京智控理工偉業(yè)科教設(shè)備有限公司
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信號與系統(tǒng)·控制理論計算機(jī)控制技術(shù)實驗箱(配USB數(shù)據(jù)采集卡、聯(lián)網(wǎng)型)
一、產(chǎn)品概述
信號與系統(tǒng)•控制理論及計算機(jī)控制技術(shù)實驗平臺（配USB數(shù)據(jù)采集卡、聯(lián)網(wǎng)型）能滿足“信號與系統(tǒng)”、“控制理論”及“計算機(jī)控制技術(shù)”的實驗教學(xué)，通過USB數(shù)據(jù)采集卡，利用上位PC機(jī)提供的信號發(fā)生器，虛擬示波器，腳本編程完成相應(yīng)的實驗項目。
二、系統(tǒng)特點
1.該實驗箱具有實驗功能全、資源豐富、使用靈活、接線可靠、操作快捷、維護(hù)簡單等優(yōu)點
2. 在實驗設(shè)計上，信號與系統(tǒng)實驗除了信號的分解與合成、信號的采樣與恢復(fù)、各種濾波器等實驗外，還增加了濾波器間的相互轉(zhuǎn)換，全通濾波器、信號的無失真?zhèn)鬏數(shù)刃碌膶嶒瀮?nèi)容
3.控制理論既有模擬部分的實驗，又有離散部分實驗；既有經(jīng)典理論實驗，又有現(xiàn)代控制理論實驗
4.計算機(jī)控制系統(tǒng)除了常規(guī)的實驗外，還增加了當(dāng)前工業(yè)上應(yīng)用廣泛、效果卓著的模糊控制、神經(jīng)元控制、二次型最優(yōu)控制等實驗
5.擴(kuò)展性強(qiáng)：各個模塊及資源分布合理、布局清晰，而且具有擴(kuò)展性，方便學(xué)生自己重新設(shè)計
三、技術(shù)性能
1.輸入電源：單相三線AC220V±10%，50/60Hz
2.工作環(huán)境：溫度-10℃～+60℃
3.相對濕度：＜85%（25℃）海拔＜4000m
4.外形尺寸：1620mm×730mm×1300mm
四、系統(tǒng)組成
直流穩(wěn)壓電源：±5V/0.5A、±15V/0.5A、+24V/0.5A共五路，每路均有短路保護(hù)自動恢復(fù)功能。
交/直流數(shù)字電壓表（相當(dāng)兩只表功能）
(1)直流數(shù)字電壓表：測量范圍0～20V，分200mV、2V、20V三檔，琴鍵開關(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，琴鍵開關(guān)切換，三位半數(shù)顯，頻帶范圍10Hz～1MHz,測量精度0.5%±2個字。
函數(shù)信號發(fā)生器：該實驗平臺配有兩個函數(shù)信號發(fā)生器。一個有正弦波、方波、三角波三種波形輸出，輸出頻率范圍20Hz～100kHz，峰值為0～12V 可調(diào)；另一個有正弦波、方波、三角波、斜坡、拋物波五種波形輸出，輸出頻率范圍0.1Hz～1.5kHz，峰值為0～15V 可調(diào)。
六位數(shù)顯頻率計：該實驗平臺配有兩個數(shù)顯頻率計。一個測量范圍0.1HZ～10kHZ，另一個測量范圍1HZ～300kHZ。
階躍信號發(fā)生器：輸出幅度0～±10V可調(diào)。
掃頻電源：采用可編程器件ispLSI1032和單片機(jī)AT89C51設(shè)計而成，提供15Hz～50kHz，幅度0～18V連續(xù)可調(diào)的正弦波。
50Hz非正弦波多波形信號發(fā)生器：提供半波、全波、方波、矩形波、三角波共五種波形。
虛擬信號發(fā)生器：基于CPLD為內(nèi)核的虛擬信號發(fā)生器，該信號發(fā)生器包含多種波形，例如：正弦波，方波，鋸形波，三角波等，另外可在PC機(jī)上設(shè)置其它信號波形。
實物及相關(guān)電路：實物由直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、溫度加熱器三部分組成，它們可與各自的驅(qū)動電路完成直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速控制、步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制實驗及溫度PID控制實驗。
豐富的實驗單元電路：由運(yùn)放、電容、電阻、電位器和一些自由布線區(qū)等組成。通過接線和短路帽的選擇，可以模擬各種受控對象的數(shù)學(xué)模型。
數(shù)據(jù)采集卡：采用USB數(shù)據(jù)采集卡，它可直接插在IBM-PC/AT 或與之兼容的計算機(jī)上，其A/D采樣速率最高為400kHz；有16路單端A/D模擬量輸入，轉(zhuǎn)換精度為14位；4路D/A模擬量輸出，轉(zhuǎn)換精度為12位；16路開關(guān)量輸入，16路開關(guān)量輸出。
數(shù)據(jù)采集卡接口部分包含模擬量輸入輸出(AI/AO)與開關(guān)量輸入輸出(DI/DO)兩部分，其中AI有4路，AO有2路，DI/DO各8路。
上位機(jī)軟件：主要由實驗所需的信號發(fā)生器，虛擬示波器、腳本編輯器、實驗報告生成器等幾部分組成,其中虛擬示波器用于顯示實驗波形，并具有圖形存儲、打印功能；腳本編輯器則提供了一個開放的編輯環(huán)境，并具有VBscript和Jscript兩種編輯模式，用戶可采用任何一種模式編寫各種算法及控制程序。
五、實驗項目
（一）信號與系統(tǒng)
零輸入/零狀態(tài)及完全響應(yīng)
一階系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)與階躍響應(yīng)
非正弦周期信號的分解與合成
線性系統(tǒng)的頻率特性測試
線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
二階系統(tǒng)的時域分析
信號的無失真?zhèn)鬏?br /> 無源與有源濾波器
全通濾波器
低通，高通，帶通濾波器間的變換
信號的采樣與恢復(fù)（抽樣定理）
調(diào)制與解調(diào)
脈沖編碼調(diào)制（PCM）
頻分復(fù)用
開關(guān)電容濾波器（SCF）
反饋系統(tǒng)的自激振蕩
二階網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的模擬
系統(tǒng)的能控性和能觀性
二階系統(tǒng)的狀態(tài)軌跡
（二）控制理論
典型環(huán)節(jié)的電路模擬
二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)
高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析
線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的研究
典型環(huán)節(jié)或系統(tǒng)頻率特性的測量
線性定常系統(tǒng)的串聯(lián)校正
典型非線性環(huán)節(jié)的靜態(tài)特性
非線性系統(tǒng)的相平面分析法
非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)法
系統(tǒng)能控性與能觀性分析
控制系統(tǒng)極點的任意配置
具有內(nèi)部模型的狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)
狀態(tài)觀測器及其應(yīng)用
采樣控制系統(tǒng)的分析
采樣控制系統(tǒng)的動態(tài)校正
（三）計算機(jī)控制技術(shù)
A/D與D/A轉(zhuǎn)換
數(shù)字濾波器
D(S)離散化方法的研究
數(shù)字PID控制算法的研究
串級控制算法的研究
解藕控制算法的研究
最少拍控制算法的研究
具有純滯后系統(tǒng)的大林控制
線性離散系統(tǒng)的全狀態(tài)反饋控制
單神經(jīng)元控制器
二維模糊控制器
二次型狀態(tài)調(diào)節(jié)器
（四）計算機(jī)技術(shù)控制系統(tǒng)實驗
直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速控制（實物）
步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制（實物）
溫度閉環(huán)PID控制（實物）
（五）基于MATLAB的仿真實驗（MATLAB軟件用戶自配）
信號與系統(tǒng)部分
信號的時域表示
信號的基本運(yùn)算
連續(xù)時間系統(tǒng)沖激響應(yīng)和單位階躍響應(yīng)
二階系統(tǒng)的模擬
系統(tǒng)的零輸入、零狀態(tài)及完全響應(yīng)
線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
信號的無失真?zhèn)鬏?br /> 信號的采樣與恢復(fù)
幅度調(diào)制與解調(diào)
濾波器頻率特性的研究
信號的分解與合成
周期信號的頻譜表示
LTI系統(tǒng)的頻率響應(yīng)
控制理論部分
線性連續(xù)控制系統(tǒng)的仿真
根軌跡的仿真
線性系統(tǒng)頻率響應(yīng)的仿真
采樣控制系統(tǒng)的仿真
串聯(lián)校正的仿真
非線性連續(xù)控制系統(tǒng)的仿真
基于狀態(tài)方程式的時間響應(yīng)測試
控制系統(tǒng)極點的任意配置
狀態(tài)觀測器設(shè)計及帶觀測器的閉環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)測試
多變量解耦控制
六、網(wǎng)絡(luò)功能
本實驗平臺網(wǎng)絡(luò)功能與“控制理論·計算機(jī)控制技術(shù)實驗平臺”一樣。
七、儀器配置
1.計算機(jī)（必配，用戶自配）
信號與系統(tǒng)•控制理論及計算機(jī)控制技術(shù)實驗平臺（配USB數(shù)據(jù)采集卡、聯(lián)網(wǎng)型）能滿足“信號與系統(tǒng)”、“控制理論”及“計算機(jī)控制技術(shù)”的實驗教學(xué)，通過USB數(shù)據(jù)采集卡，利用上位PC機(jī)提供的信號發(fā)生器，虛擬示波器，腳本編程完成相應(yīng)的實驗項目。
二、系統(tǒng)特點
1.該實驗箱具有實驗功能全、資源豐富、使用靈活、接線可靠、操作快捷、維護(hù)簡單等優(yōu)點
2. 在實驗設(shè)計上，信號與系統(tǒng)實驗除了信號的分解與合成、信號的采樣與恢復(fù)、各種濾波器等實驗外，還增加了濾波器間的相互轉(zhuǎn)換，全通濾波器、信號的無失真?zhèn)鬏數(shù)刃碌膶嶒瀮?nèi)容
3.控制理論既有模擬部分的實驗，又有離散部分實驗；既有經(jīng)典理論實驗，又有現(xiàn)代控制理論實驗
4.計算機(jī)控制系統(tǒng)除了常規(guī)的實驗外，還增加了當(dāng)前工業(yè)上應(yīng)用廣泛、效果卓著的模糊控制、神經(jīng)元控制、二次型最優(yōu)控制等實驗
5.擴(kuò)展性強(qiáng)：各個模塊及資源分布合理、布局清晰，而且具有擴(kuò)展性，方便學(xué)生自己重新設(shè)計
三、技術(shù)性能
1.輸入電源：單相三線AC220V±10%，50/60Hz
2.工作環(huán)境：溫度-10℃～+60℃
3.相對濕度：＜85%（25℃）海拔＜4000m
4.外形尺寸：1620mm×730mm×1300mm
四、系統(tǒng)組成
直流穩(wěn)壓電源：±5V/0.5A、±15V/0.5A、+24V/0.5A共五路，每路均有短路保護(hù)自動恢復(fù)功能。
交/直流數(shù)字電壓表（相當(dāng)兩只表功能）
(1)直流數(shù)字電壓表：測量范圍0～20V，分200mV、2V、20V三檔，琴鍵開關(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，琴鍵開關(guān)切換，三位半數(shù)顯，頻帶范圍10Hz～1MHz,測量精度0.5%±2個字。
函數(shù)信號發(fā)生器：該實驗平臺配有兩個函數(shù)信號發(fā)生器。一個有正弦波、方波、三角波三種波形輸出，輸出頻率范圍20Hz～100kHz，峰值為0～12V 可調(diào)；另一個有正弦波、方波、三角波、斜坡、拋物波五種波形輸出，輸出頻率范圍0.1Hz～1.5kHz，峰值為0～15V 可調(diào)。
六位數(shù)顯頻率計：該實驗平臺配有兩個數(shù)顯頻率計。一個測量范圍0.1HZ～10kHZ，另一個測量范圍1HZ～300kHZ。
階躍信號發(fā)生器：輸出幅度0～±10V可調(diào)。
掃頻電源：采用可編程器件ispLSI1032和單片機(jī)AT89C51設(shè)計而成，提供15Hz～50kHz，幅度0～18V連續(xù)可調(diào)的正弦波。
50Hz非正弦波多波形信號發(fā)生器：提供半波、全波、方波、矩形波、三角波共五種波形。
虛擬信號發(fā)生器：基于CPLD為內(nèi)核的虛擬信號發(fā)生器，該信號發(fā)生器包含多種波形，例如：正弦波，方波，鋸形波，三角波等，另外可在PC機(jī)上設(shè)置其它信號波形。
實物及相關(guān)電路：實物由直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、溫度加熱器三部分組成，它們可與各自的驅(qū)動電路完成直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速控制、步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制實驗及溫度PID控制實驗。
豐富的實驗單元電路：由運(yùn)放、電容、電阻、電位器和一些自由布線區(qū)等組成。通過接線和短路帽的選擇，可以模擬各種受控對象的數(shù)學(xué)模型。
數(shù)據(jù)采集卡：采用USB數(shù)據(jù)采集卡，它可直接插在IBM-PC/AT 或與之兼容的計算機(jī)上，其A/D采樣速率最高為400kHz；有16路單端A/D模擬量輸入，轉(zhuǎn)換精度為14位；4路D/A模擬量輸出，轉(zhuǎn)換精度為12位；16路開關(guān)量輸入，16路開關(guān)量輸出。
數(shù)據(jù)采集卡接口部分包含模擬量輸入輸出(AI/AO)與開關(guān)量輸入輸出(DI/DO)兩部分，其中AI有4路，AO有2路，DI/DO各8路。
上位機(jī)軟件：主要由實驗所需的信號發(fā)生器，虛擬示波器、腳本編輯器、實驗報告生成器等幾部分組成,其中虛擬示波器用于顯示實驗波形，并具有圖形存儲、打印功能；腳本編輯器則提供了一個開放的編輯環(huán)境，并具有VBscript和Jscript兩種編輯模式，用戶可采用任何一種模式編寫各種算法及控制程序。
五、實驗項目
（一）信號與系統(tǒng)
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非正弦周期信號的分解與合成
線性系統(tǒng)的頻率特性測試
線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
二階系統(tǒng)的時域分析
信號的無失真?zhèn)鬏?br /> 無源與有源濾波器
全通濾波器
低通，高通，帶通濾波器間的變換
信號的采樣與恢復(fù)（抽樣定理）
調(diào)制與解調(diào)
脈沖編碼調(diào)制（PCM）
頻分復(fù)用
開關(guān)電容濾波器（SCF）
反饋系統(tǒng)的自激振蕩
二階網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的模擬
系統(tǒng)的能控性和能觀性
二階系統(tǒng)的狀態(tài)軌跡
（二）控制理論
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二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)
高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析
線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的研究
典型環(huán)節(jié)或系統(tǒng)頻率特性的測量
線性定常系統(tǒng)的串聯(lián)校正
典型非線性環(huán)節(jié)的靜態(tài)特性
非線性系統(tǒng)的相平面分析法
非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)法
系統(tǒng)能控性與能觀性分析
控制系統(tǒng)極點的任意配置
具有內(nèi)部模型的狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)
狀態(tài)觀測器及其應(yīng)用
采樣控制系統(tǒng)的分析
采樣控制系統(tǒng)的動態(tài)校正
（三）計算機(jī)控制技術(shù)
A/D與D/A轉(zhuǎn)換
數(shù)字濾波器
D(S)離散化方法的研究
數(shù)字PID控制算法的研究
串級控制算法的研究
解藕控制算法的研究
最少拍控制算法的研究
具有純滯后系統(tǒng)的大林控制
線性離散系統(tǒng)的全狀態(tài)反饋控制
單神經(jīng)元控制器
二維模糊控制器
二次型狀態(tài)調(diào)節(jié)器
（四）計算機(jī)技術(shù)控制系統(tǒng)實驗
直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速控制（實物）
步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制（實物）
溫度閉環(huán)PID控制（實物）
（五）基于MATLAB的仿真實驗（MATLAB軟件用戶自配）
信號與系統(tǒng)部分
信號的時域表示
信號的基本運(yùn)算
連續(xù)時間系統(tǒng)沖激響應(yīng)和單位階躍響應(yīng)
二階系統(tǒng)的模擬
系統(tǒng)的零輸入、零狀態(tài)及完全響應(yīng)
線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
信號的無失真?zhèn)鬏?br /> 信號的采樣與恢復(fù)
幅度調(diào)制與解調(diào)
濾波器頻率特性的研究
信號的分解與合成
周期信號的頻譜表示
LTI系統(tǒng)的頻率響應(yīng)
控制理論部分
線性連續(xù)控制系統(tǒng)的仿真
根軌跡的仿真
線性系統(tǒng)頻率響應(yīng)的仿真
采樣控制系統(tǒng)的仿真
串聯(lián)校正的仿真
非線性連續(xù)控制系統(tǒng)的仿真
基于狀態(tài)方程式的時間響應(yīng)測試
控制系統(tǒng)極點的任意配置
狀態(tài)觀測器設(shè)計及帶觀測器的閉環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)測試
多變量解耦控制
六、網(wǎng)絡(luò)功能
本實驗平臺網(wǎng)絡(luò)功能與“控制理論·計算機(jī)控制技術(shù)實驗平臺”一樣。
七、儀器配置
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