高联电子GLZK -2型自动控制原理及计算机控制技术实验仪

浙江高联电子设备有限公司GLZK-2型 自动控制原理及计算机控制技术教学实验仪是对应本科自动化专业推出的新一代控制教学实验设备，集VC++界面的集成环境软件、多种高性能的嵌入式控制计算机、信号源、模拟实验平台、控制专用测量与分析仪器于一体，不需要再配备超低频长余辉示波器及频率特性分析仪等其他各种仪器，具有很高的性价比和教学效果，增加含电容触摸的彩色液晶屏，只需一套实验仪可完成“自动控制原理”的所有教学实验，不需配备微机（用于虚拟仪器显示、操作）。

一、主要特点

1、开放式的控制实验平台，极大提高实验效率

（1）信号源：提供矩形波、正弦波、斜坡、阶跃波、方波、微分脉冲等单信号源，并能同时发生两种不同类型信号，其输出幅度、宽度、频率、斜率可在微机界面上设置；提供继电特性、饱和特性、死区特性、间隙特性、延迟特性等非线性环节输出，其输出幅度、宽度、斜率可在微机界面上方便设置。

（2）模拟对象（8+4组运放单元）：采用模块式结构，提供实验用基本运放模拟单元，构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例微分环节，PID环节和典型的二阶、三阶系统等；电阻采用0.5%精度，电容采用5%精度。

提供阻容元件库，包括0-999.9K直读式电阻、电位器，多组电容等，以便校正环节设计。

（3）实际对象

a、温控模块由温度载体和功率放大器、调节器、温度传感器、T／V转换器等，可进行离散增量型PID闭环控制、PWM方式PID闭环控制、位式闭环控制及外接烤箱类PID闭环控制。

b、直流电机模块由直流电机和电机驱动功率放大器、调节器、电机转速检测传感器等组成，可进行直流电机转速数字PID闭环控制。

c、步进电机模块由步进电机及转盘等组成，可进行步进电机转速数字四相四拍、四相八拍方式工作，正、反转及转速控制。

PID控制及直接数字控制实验的控制参数（包括采样周期）可在微机界面上直接设定和修改，每项范例实验的控制参数（包括采样周期），都在界面上提供恰当的默认值。

（4）外设接口输入、输出模块。

各单元之间的电路连接、单元内的元件选择都可以多种方式来操作，并允许用户根据教学内容来自行设计、开发相应的实验项目，从而全面支持控制课程的实验教学及应用开发。

2、高性能的控制专用测量与分析仪器，通过USB接口与微机连接

（1）4个通道超低频数字存贮示波器，实时测量、显示、游标测量、波形存贮、波形回放等，采样率500KHz，触发极性分上升沿、下降沿；触发通道分A、B二个通道；触发电平可选；触发方式：自动触发、单次触发、正常触发。测量精度2.5mv～15v。

（2）频率特性分析仪：自带扫频功能，在频率特性实验中采用扫频方式；自动生成连续的闭环、开环伯德图及奈氏曲线，能在一个界面上同时全部显示；观察时可任选一个进行放大显示，观察方便直观；可自动搜索谐振峰值和穿越频率。用户可在曲线上随意增添频率点，查找曲线上各频率点的各特征参数，例如谐振频率、谐振峰值，穿越频率、相位裕度等。在所选频率点全部测试完成后，可移动标尺读出各频率点的相应数值。用户还可在界面上点击某按钮读出已测频率点的测试数据等值，分析实验情况。具有图形保存功能。其测量的频率范围为 0.01 rad/s～1000rad/s。

（3）X_Y 测量：将两路测量信号以 X_Y 坐标的形式显示，具有波形刷新和波形存贮功能，可应用于非线性系统的实验特性研究。

（4）数字万用表：具有自动量程切换功能，可进行电阻、电容和电压的测量。

3、VC++界面的集成环境软件

提供集成环境软件，集编辑器、项目管理、启动编译、连接、错误定位、下载、调试、实验测量分析于一体，多种实验仪、仿真器、多类型CPU仿真全部集成在一个环境下，操作方法完全一样。支持实验仪的监控在线更新。可使用单步、宏单步、全速断点（断点数目没有限制）、全速运行等多种调试手段。无须点击的感应式鼠标提示功能。支持所有数据类型观察和修改。自动收集变量于变量窗（自动、局部、模块、全局）。支持ASM（汇编）、C语言，多种语言多模块混合调试。功能强大的项目管理功能，含有调试该项目有关的实验仪、所有相关文件、编译软件、编译连接控制项等所有的硬软件信息，下次打开该项目，无须设置，即可调试。符合编程语言语法的彩色文本显示,所有窗口的字体、大小、颜色可以随意设置。

4、新型控制实验教学内容

系统所支持的控制实验是按照新自动控制和计算机控制教学体系来配备的，内容由浅入深，层次分明，尤其是提供了多回路控制系统、模糊控制、单神经元控制和现场总线控制这些新的实验内容。

自动控制原理实验方面，系统提供了包括线性控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法以及系统校正和设计等方法的实验研究，也提供了关于线性离散系统、非线性控制系统的实验研究内容；另外对于现代控制理论的教学，提供了状态空间分析实验。系统提供的“模拟PID闭环温度控制系统的设计和实现”，可作为大型课程设计内容，使学生通过构造模拟闭环控制系统，来真正掌握PID调节器的实际应用规律。

系统提供的计算机控制实验内容主要包括：过程通道和数据采集处理、系统的数字程序控制、数字PID闭环控制、数字调节器直接设计方法的实验研究，还有多回路控制系统、模糊闭环控制、单神经元自适应闭环控制和CAN网络的现场总线控制应用实验，从而可使学生对新型智能控制算法和基于CAN网络的现场总线控制系统有所了解和掌握。

在控制系统应用实验方面，系统提供了直流电机(快速)和温度控制(慢速)两种实验对象，以构成不同的闭环系统，从而可选择不同的控制策略或控制参数，以得到很好的实时控制效果。

5、可选配实验室智能管理功能

通过实验室智能管理功能，学生可将实验数据实时传送到云服务器上，并生成实验报告，教师则可在任何方便时间对学生的实验报告进行批改，对实验效果进行评价并评定成绩。而学生可随时访问到自己上传的实验报告及教师的批改、评价结果，提高学生做实验的积极性。为实验教学管理的创新提供支持。

6、系统的保护设计提高了系统的安全性，近乎免维护

系统采用了良好的电路保护设计，极大程度避免实验中可能造成的损坏；采用了高品质稳压电源，具有过流过压保护，使系统具有更加可靠的安全性，近乎免维护。

二、实验

（一）自动控制原理实验

1、线性系统的时域分析

（1）典型环节的模拟研究

包括：比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节（PID）

（2）二阶系统瞬态响应和稳定性

（3）三阶系统的瞬态响应和稳定性

2、线性系统的根轨迹分析

3、线性系统的频域分析

包括：一阶惯性环节的频率特性曲线、二阶闭环系统的频率特性曲线、二阶开环系统的频率特性曲线

4、线性系统的校正与状态反馈

包括：频域法串联超前校正、频域法串联迟后校正、时域法串联比例微分校正、时域法局部比例反馈校正、时域法微分反馈校正、线性系统的状态反馈及极点配置

5、非线性系统的相平面分析

（1）典型非线性环节

包括：测量继电特性、测量饱和特性、测量死区特性、测量间隙特性

（2）二阶非线性控制系统

包括：继电型非线性控制系统、饱和型非线性控制系统、间隙型非线性控制系统

（3）三阶非线性控制系统

包括：继电型非线性三阶控制系统、饱和型非线性三阶控制系统

6、线性系统的状态空间分析

7、模拟PID闭环温度控制系统的设计和实现

（二）控制系统应用实验

1、直流电机PID控制

2、温度PID控制

3、温度PWM方式PID控制

4、温度位式控制

5、烤箱PW M方式PID控制

6、步进电机控制