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2022年6月20日

信號與系統(tǒng)控制理論實(shí)驗(yàn)裝置

SBXZK-021信號與系統(tǒng)控制理論實(shí)驗(yàn)裝置

信號與系統(tǒng)控制理論實(shí)驗(yàn)裝置是自控/計(jì)控和型號系統(tǒng)二合一的教學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jìn)行以微機(jī)為控制平臺的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，做到一機(jī)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(hù)自動恢復(fù)功能。

2、電路模塊化設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)單元均以模塊來劃分，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(fù)脈寬測量、占空比測量和計(jì)數(shù)功能；

5、數(shù)顯模塊：實(shí)驗(yàn)機(jī)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(jìn)電機(jī)（35BY48）轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角控制。

2）直流電機(jī)脈沖測速輸出及電壓測速輸出，實(shí)現(xiàn)電機(jī)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(shí)驗(yàn)單元電路：

1）運(yùn)算模擬單元：提供8個OP07基本運(yùn)放模擬單元（實(shí)驗(yàn)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(yùn)算放大器組成。另有擴(kuò)展運(yùn)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(jì)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(jì)算機(jī)控制顯示方式。

11、中央處理器采用Intel8088 CPU，方便計(jì)算機(jī)控制技術(shù)軟件編程；RS232總線接口與上位機(jī)通訊（可以USB接口通信），含有上位機(jī)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(shí)訓(xùn)桌體：采用符合人體工學(xué)的平斜面設(shè)計(jì)，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(shí)驗(yàn)用電智能安全調(diào)控裝置（購10臺以上配1套）

1、特點(diǎn)

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(cái)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�？梢圆杉F(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(shí)現(xiàn)本地設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2、功能

基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室安全用電智能控制系統(tǒng)，可進(jìn)行用電數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)、存儲、分析、查詢等。運(yùn)用前端數(shù)據(jù)可視化技術(shù)將實(shí)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(yùn)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)時監(jiān)測用電設(shè)備和線路運(yùn)行狀況，對異常狀況及時告警，從而預(yù)防電氣火災(zāi)；運(yùn)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(diǎn)，自動生成故障報(bào)告，協(xié)助用戶第一時間修復(fù)用電系統(tǒng)故障；運(yùn)用電能質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)實(shí)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(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)和行業(yè)數(shù)學(xué)模型統(tǒng)計(jì)、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(jì)的智慧用電模塊需求。

3、基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室安全用電智能控制系統(tǒng)由執(zhí)行裝置與網(wǎng)機(jī)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(hù)：設(shè)備防燒毀保護(hù)模式

（9）漏電保護(hù)：元器件損壞保護(hù)模式

（10）過載保護(hù)：電流過大防燒毀模式

（11）短路保護(hù)：碰線防燒毀模式

（12）掛鎖保護(hù)：便于維修安全

（13）過溫保護(hù)：可監(jiān)測線路溫度

（14）過欠壓保護(hù)：防止造成人身事故和機(jī)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(jī)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(hù)

（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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能

★（7）提供強(qiáng)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(jìn)性。

二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

1、基本運(yùn)算單元實(shí)驗(yàn)

2、階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)實(shí)驗(yàn)

3、連續(xù)時間系統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)

4、有源、無源濾波器實(shí)驗(yàn)

5、抽樣定理與信號恢復(fù)實(shí)驗(yàn)

6、一階電路的暫態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)

7、二階電路傳輸特性實(shí)驗(yàn)、二階網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)軌跡的顯示實(shí)驗(yàn)、二階電路的暫態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)

8、二階網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的模擬實(shí)驗(yàn)

9、矩形脈沖信號的分解實(shí)驗(yàn)和矩形脈沖信號的合成實(shí)驗(yàn)

10、諧波幅度對波形合成的影響實(shí)驗(yàn)

11、AM調(diào)制與解調(diào)

12、FDM頻分復(fù)用實(shí)驗(yàn)

13、信號的無失真?zhèn)鬏?/span>

自動控制實(shí)驗(yàn)

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(diǎn)配置。

5、采樣控制系統(tǒng)分析

6、模擬直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)

7、模擬溫度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)

1、數(shù)/模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)

2、模/數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)

3、采樣與保持：

1）采樣實(shí)驗(yàn)；

2）采樣/保持器實(shí)驗(yàn)；

3）采樣/保持控制系統(tǒng)分析舉例。

4、平滑與數(shù)字濾波實(shí)驗(yàn) ：

1）微分與平滑；

2）數(shù)字濾波。

5、數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)：

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(jì)；

3）最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)；

2）多變量解耦控制設(shè)計(jì)。

9、微機(jī)控制的二次開發(fā)

控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

1、直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)

2、溫度PID閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)

3、步進(jìn)電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)

4、模擬/數(shù)字混合溫度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)

三、實(shí)驗(yàn)臺配置

序號	名稱	說明	數(shù)量
1	實(shí)驗(yàn)臺體	全鋁合金3030型材組成，參考尺寸1200mm×680mm×1200mm	1
2	實(shí)驗(yàn)主機(jī)	含箱體、工作電源、常用信號源、實(shí)驗(yàn)電路等	1臺
3	交流電源線	1.5m	1根
4	2號實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線	40cm	25根
5	串口通信線（2、3直通）	1.5m	1根
6	實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書		2本
7	學(xué)生凳	凳面是進(jìn)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