FCDC-1型自动控制理论计算机控制技术实验装置
一、概述
（一）本实验平台主要用于“自动控制原理•计算机控制技术”的实验教学以及对计算机控制算法的研究，主要由数据采集卡、虚拟仪器、上位机软件以及可以任意组合的运放单元组成。
（二）系统具有集成一体化的先进精密结构，将高性能的控制原理实验平台和控制专用测量与分析仪器等集成在一个实验平台上。
（三）整个实验装置由硬件部分和系统软件组成：硬件部分由实验平台、多个挂件、实验模块组成；系统软件包括系统实验软件、系统管理软件组成，系统实验软件用来完成实验台对功能挂箱的计算机控制，包括参数的灵活设置。
二、平台技术
（一）实验平台主要由电源仪器模块箱、铝型材实验桌、实验挂箱、仪器仪表等组成；实验桌桌面为防火、防水、耐磨高密度板，实验装置主框架采用四根75mm×75mm优质欧标型材（单面边长33mm+中缝9mm+边长33mm），四周采用成型“8”字型铝材支架固定，安装螺丝采用M8+滑块螺母，设计有带门可拆卸的钣金机箱，所有模块采用激光雕刻工艺，30度专用防火材料模具制作，具有2个专用拉手，采用平衡线路供电，为确保产品为成熟产品。
（二）技术性能
1.输入电源：单相三线220V±10% 50Hz；
2.装置容量：＜200VA；
3.外形尺寸约1560mm×750mm×1200mm（具体应可根据用户需求调整）；
（三）电源控制部分：所有模块采用彩色喷涂工艺，具有2个专用拉手，30度ABS开模带底座机箱，操作面板尺寸195mm×300mm；实验挂件均采用30度ABS绝缘开模底座机箱
1.交流电源模块：提供220V交流电源，交流电源经空气开关控制后输出，面板上设有钥匙开关、启动、停止以及急停按钮，整体设计成独立模块，可以单独使用，系统内置一套“智能自动故障检测系统”，采用高可靠电子测量模块，采用6路隔离芯片级电流快速检测集成芯片设计，32位CPU快速计算与人工智能分析电路故障类型，完成切断直接短路及过流保护等快速保护，实现“0”内阻电路保护措施，
模块详细介绍如下：因设备使用时误操作导致设备出现短路、过流、漏电等现状时，智能保护系统直接启动保护，通过主控芯片进行控制，直接切断电源并蜂鸣声告警，保护时间可根据用户需求进行出厂设定，在设定时间内如未排除故障，设备无法二次上电；保护系统启动工作时，电源保险丝不会烧毁，避免经常更换保险丝。
智能保护系统：
2.直流电源：配置±5V/1A、±12V/0.5A全数字化设计（可数字化设置启停），提供2路隔离电源0-30V/0.2A连续可调稳压电源，2路通道独立24位AD采样，电压电流显示误差3个字以内，可拓展4-20ma电流接口，电流输出采用品牌隔离模块隔离，恒流源电流保护值输出功率可200mA-0.9A任意设置，具有1键进入恒压恒流模式，调节精度0.01V/1mA，具有3档速度调节，编码器设置功能，默认输出6V(10mA)和12V（10mA），具有电压断电保持功能，能量吸收功能，满足实验指导书的需求，可通信设置电压电流，恒压和恒流模式，具有电压电流显示功能，具有通信接口及全网络数据监测功能，可扩展LABVIEW等云端监控工具
3.仪表监控模块：
（1）直流数字电压表：精度：0.2 级，满量程500V，电压：0-500V，5档量程（500mV-5V-50V-500V-锁定），带4-20mA电流输出口；
（2）直流数字电流表：精度：0.2级，电流：0-2A，全量程内阻15m，5 档量程（2mA-20mA-200mA-2A-锁定），带4-20mA 电流输出口；
以上仪表采用工业级柜装≥48mm*96mm，有专用黑色10mm厚度显示面板带4个稳定支点，6位数码显示，用专用插接短接连接，采用轻触开关，模具红色软体设计，白色激光雕字。
（3）人机交互界面采用集成化设计，可直接在软件界面进行产品选择和实验选择；能在同一屏幕显示多个波形窗口，支持窗口布局操作；支持任意不少于8个变量的实时波形及文本显示，能实时保存及回显。支持运行状态及故障状态显示；支持任意8个变量的实时修改；
（四）数据采集部分：完成LABVIEW界面控制，具8路差分信号（或16路单端信号）、2路模拟信号输出、6路数字信号输入/输出、1路PWM输入、1路计数器及2路PWM输出；操作系统支持winXP/Vista/Win7/Win8/Win10，可匹配LABVIEW、LABwindows/CVI、VB.net、C#、delphi、matlab、Vc,QT,Python控制；采集卡安装在实验挂箱表面，引出信号接口；数据采集模块需外置固定于操作面板上，便于学生了解数据采集卡的结构组成，所有接线信号均引出至快速接线端子，学生可在端子上进行接线操作，以求经久耐用采用防触电护套专用导线及工业“U”型端子同时操作，一体化设计，避免模块产权纠纷。
（五）自动控制与计算机控制实验部分：为了方便统一管理，实验模块宜采用模块式、积木式等结构，由多个挂件组合而成，方便维护，采用高分子材料面板，尺寸195mm*130mm*300mm（长*宽*高）
1.自控原理实验模块：阶跃信号发生器单元：输出幅度0～±10V可调；由运放、电容、电阻、电位器和一些自由布线区等组成通用运放单元，可以模拟各种受控对象的数学模型。
2.计算机原理实验模块：尺寸132x88x21mm，实验模块采用2mm厚印制线路板制成，正面装有实物对象及元器件，反面为印刷线路，并焊好相关的元器件，可采用优质镀锌柱子完成电路电源供应，实验模块采用磁吸式，方便更换，实验模块正反面均安装透明亚克力保护，配套以下实物对象，
各实物模型详细图文说明如下：
（1）温度实物模型：加热模块功率 12V 0~2A 0~24W；加热装置最大需可加热温度 90℃；加热模块温度输出（模拟量）100mV/℃；加热模块温度测量范围：0-100℃。
（2）直流电机实物模型：直流电机模块功率12V/0.22mA（空载），3.5A（堵转）；直流电机模块转速 100~12000rpm；通过APC芯片搭建的模拟量转PWM电路实现电机功率的无极调节。
（3）步进电机实物模型：步数：96步/圈（3.75°/步）；步进电机类型：四相五线制；额定电压：12V；电流：500mA；霍尔类型：四磁极（2*S/2*N）。
（六）配套基于 LABVIEW 虚拟仪器开发实验软件：以上各实验模块均配套 LABVIEW程序，通过数据采集卡进行实验，提供源代码，学生可自行进行程序设定。
（七）HKSM-1型便携式教学开发平台（整批配置二套）：采用 PVC 工程塑料一次成型，尺寸长350×宽260×高60mm，采用工业标准电源线 220V 直接供电，默认上电自启动；同时额外预留 24V 供电接口以作备用，平台具有以太网、485、 USB 等多种通讯接口，2 种电源供电接口及通讯接口位置均布置在实验箱侧面；实验所需直流可调电源 2 路，0-15V/0-200mA 连续直流可调输出，具有 1 键进入恒压恒流模式，调节精度≤0.01V/1mA，具有 3 档速度调节，编码器设置功能，
默认输出 6V(10mA)和 12V（10mA）满足实验项目的需求，可任意设置，具有短路
保护且自动恢复，可一键恢复出厂设置；提供 2 路固定±5V、
±12V、+3.3V、 +24V 常用固定电源输出，电源输出采用不同接口形式，以满足多种实验形式；具备 2 路虚拟示波器及虚拟信号源输出口。
1.支持虚拟仪器采集卡、 自动控制实验模块、计算机控制实验模块在开 发平台上安装，可随时随地进行实验演示，此平台支持后期数字电路、模拟电路、
电路分析、单片机、虚拟仪器等实验教学演示。
2.称重传感器实物模型：提供 0-6KG 称重传感器 ，压力变送器输出 100mV/KG，变送器输出范围
0-10V，通过测量重量传感器电桥将重量转化为电压线性输出，采用 labview 软件进行自动换算。
3.可燃气体传感器实物模型：可检测烟雾、可燃气体，检测浓度 300-10000ppm，需测量在清洁空气中电导率较低的二氧化锡材料电导率检测，通过芯片变送为电压模拟量输出或通过比较器比较报警浓度后直接输出开关量。
4.人体热释电感应实物模型：输入电压 5V，重复感应封锁时间
2.5s，感
应范围≥120 ° , 通过编写 VI 程序及面板设计，设计一个人体红外感应楼道灯，
红外探头检测到特殊红外（人体热释电）后发出信号给信号处理部分，信号处理
部分输出高电平并延时一段时间，信号可重复触发。
5.度测量传感器实物模型：输入电压
4.5-5.5V ，输出信号 0-3V ，测量范围 0-99.9%RH，内置变送器通过测量湿敏电容的参数将空气湿度转化为模拟量并输出，采用 labview 软件进行自动换算
三、设备可完成实验内容
（一）自控原理实验
1.典型环节的电路模拟
2.二阶系统的瞬态响应
3.线性系统稳态误差的研究
4.典型环节或系统频率特性的测量
5.线性定常系统的串联校正
6.典型非线性环节的静态特性
7.非线性系统的相平面分析法
8.非线性系统的描述函数法
9.系统能控性与能观性分析
10.采样控制系统的分析
（二）计算机控制技术实验
1A/D与D/A转换
2.数字滤波器
3.D(S)离散化方法的研究
4.数字PID控制算法的研究
5.串级控制算法的研究
6.最少拍控制算法的研究
7.线性离散系统的全状态反馈控制
8.直流电机闭环调速控制（实物）
9.温度闭环PID控制（实物）
10.步进电机控制（实物）
